La teoría de cuerdas y la cromodinámica cuántica
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A medida que la física cuántica intentó expandirse en el núcleo del átomo, se requieren nuevas tácticas. La teoría cuántica del núcleo atómico, y las partículas que lo componen, se llama cromodinámica cuántica (QCD). La teoría de cuerdas surgió de un intento de explicar este mismo comportamiento.
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QED intentó simplificar la situación por solamente el análisis de dos aspectos de la átomo - el fotón y el electrón - que se podría hacer mediante el tratamiento del núcleo como un gigante, objeto muy distante. Con QED, finalmente, en su lugar, los físicos estaban listos para tomar una buena mirada en el núcleo del átomo.
Las piezas que componen el núcleo: nucleones
El núcleo de un átomo se compone de partículas llamadas nucleones, que vienen en dos tipos: cargado positivamente protones y la no cargada neutrones. Los protones se descubrieron en 1919, mientras que los neutrones fueron descubiertos en 1932.
El protón es aproximadamente 1.836 veces más masiva que el electrón. El neutrón es aproximadamente el mismo tamaño que el de protones, por lo que el par de ellos es sustancialmente mayor que el electrón. A pesar de esta diferencia de tamaño, el protón y el electrón tienen cargas eléctricas idénticas, pero de la muestra frente a la protón es positivo mientras que el electrón es negativa.
El crecimiento de la tecnología permitió el diseño y la construcción de la más grande y más potente aceleradores de partículas, que los físicos utilizan para romper las partículas entre sí y ver lo que sale. Con gran alegría, los físicos comenzaron colisionando protones entre sí, con la esperanza de descubrir lo que había dentro de ellos.
De hecho, este trabajo en tratar de descubrir los secretos de estos nucleones conduciría directamente a las primeras ideas sobre la teoría de cuerdas. Una joven físico en el CERN aplica una fórmula matemática oscura para describir el comportamiento de las partículas en un acelerador de partículas, y esto es visto por muchos como el punto de partida de la teoría de cuerdas.
Las piezas que componen las piezas de del nucleón: Quarks
Hoy en día, los nucleones son conocidos por ser los tipos de hadrones, que son partículas compuestas de partículas incluso más pequeñas llamadas quarks. El concepto de quarks fue propuesto independientemente por Murray Gell-Mann y George Zweig en 1964 (aunque el nombre, tomado de James Joyce Finnegans Wake, es pura Gell-Mann), que en parte se ganó Gell-Mann con el Premio Nobel de Física 1969. Los quarks se mantienen juntos por aún otras partículas, llamados gluones.
En este modelo, tanto el protón y el neutrón se componen de tres quarks. Estos quarks tienen propiedades cuánticas, como la masa, carga eléctrica, y el giro (véase la siguiente sección para una explicación de giro). En realidad, hay un total de seis sabores (o tipos) de quarks, todos los cuales han sido observados experimentalmente:
quark up
quark down
quark encanto
quark extraño
quark top
quark bottom
Las propiedades del protón y el neutrón son determinadas por la combinación específica de quarks que los componen. Por ejemplo, la carga de un protón se alcanza mediante la suma de la carga eléctrica de los tres quarks dentro de él - dos quarks arriba y un quark abajo.
De hecho, cada protón está formado por dos quarks arriba y un quark abajo, por lo que son todos exactamente iguales. Cada neutrones es idéntico a cualquier otro de neutrones (compuesto por un quark arriba y dos hacia abajo quarks).
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Además de las propiedades estándar cuánticos mecánicos (carga, masa y espín), los quarks tienen otra propiedad, que salió de la teoría, llamada color cargar. Esto es algo similar a la carga eléctrica en principio, pero es una propiedad completamente distinto de los quarks. Se presenta en tres variedades, llamado rojo verde, y azul.
Debido QED describe la teoría cuántica de la carga eléctrica, QCD describe la teoría cuántica de la carga de color. La carga de color es la fuente de la cromodinámica cuántica nombre, porque “croma” en griego significa “color”.
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Además de los quarks, existen partículas llamadas gluones. Los gluones unen a los quarks, algo así como bandas de goma (en un sentido muy metafórica). Estos gluones son los bosones gauge para la fuerza nuclear fuerte, al igual que los fotones son los bosones gauge para el electromagnetismo.