Caso Balas
Cuando se realiza el experimento con balas. se espera un resultado intuitivo y predecible.
Cada bala, al pasar por las rendijas, seguirá una trayectoria directa hacia la pantalla de detección. Por lo tanto, se espera ver dos bandas de impacto en la pantalla, una detrás de cada rendija, coincidiendo con las posiciones previstas en las balas.
Caso Onda
Al utilizar ondas se observa que estas atraviesan las rendijas y se expanden en todas direcciones.
Sin embargo, cuando estas ondas se superponen en la pantalla detrás de las rendijas, se produce un patrón de interferencia.
Esto significa que algunas áreas de la pantalla tendrán una mayor intensidad de onda, mientras que otras tendrán una menor intensidad, creando franjas alternas de luz brillante y oscuridad.
Caso Electrones
El resultado del experimento con electrones es sorprendente, pues a pesar de ser partícula se , los electrones también exhiben un patrón de interferencia similar al de las ondas.
En lugar de ver dos bandas de impacto detrás de las rendijas, como se esperaría para partículas clásicas, se observa el mismo patrón de interferencia que con las ondas.
Ejemplos en el mundo cuántico
VACÍO CUÁNTICO:
En el mundo cuántico, no existe un vacío perfecto debido al principio de incertidumbre, que permite la presencia de partículas que, durante un tiempo mínimo, violan la ley de conservación de la energía.
TEMPERATURA CERO O ENERGÍA CERO:
En la mecánica cuántica, la temperatura o energía cero no pueden alcanzarse, ya que esta situación implica una indeterminación nula, lo cual es incompatible con los principios fundamentales.
EFECTO TÚNEL:
Este fenómeno cuántico permite a las partículas superar barreras de energía potencial que son mayores que su propia energía total, sin necesidad de atravesarlas físicamente.
SUPERPOSICIÓN CUÁNTICA:
La superposición cuántica es un fenómeno en el cual un sistema físico, como un electrón u otro objeto cuántico, puede existir en múltiples estados simultáneamente. Sin embargo, al medirlo, el resultado será aleatorio y específico, lo que significa que el sistema dejará su estado de superposición cuántica. Es importante destacar que una vez que la partícula cuántica abandona su estado de superposición, es imposible conocer los estados iniciales que tenía previamente, debido al teorema de no clonación
ENTRELAZAMIENTOCUÁNTICO:
El entrelazamiento cuántico es un fenómeno característico de la mecánica cuántica en el cual dos o más sistemas físicos, como por ejemplo electrones, están correlacionados y conectados de manera que, a pesar de encontrarse separados por una distancia considerable y no estar físicamente vinculados, al medir las propiedades de uno de los sistemas físicos se pueden conocer instantáneamente las propiedades de los otros sistemas. Albert Einstein denominó a esta acción como "acción fantasmal a distancia".
NTERPRETACIÓN DE COPENHAGUE:
La interpretación de Copenhague es un enfoque para comprender la mecánica
cuántica, desarrollado en 1927 por Bohr, Max Born y Heisenberg. En esta
interpretación, se utiliza la función de onda para representar el estado físico de
un sistema de partículas y estimar la probabilidad de encontrar un electrón en
distintas ubicaciones. Se destaca que no se considera que la partícula tenga
propiedades definidas antes de ser observada, por lo que la función de onda
intenta describir la distribución probabilística de estas propiedades.
Tema 3
M O D E L O
estándar
Es una teoría que clasifica todas las partículas fundamentales, tanto de la materia como de las fuerzas fundamentales, en algunas familias en función de sus propiedades e interacciones. Está divido en dos grandes familias: los bosones y los fermiones
FUERZAS FUNDAMENTALES:
- Consisten en cuatro fuerzas pertenecientes al modelo estándar como mediadoras u objeto de interacción entre las partículas de la materia (fermiones).Las cuáles también tienen sus partículas, que explican su comportamiento como tal, llamadas bosones.
- Las cuáles también tienen sus partículas, que explican su comportamiento como tal, llamadas bosones.
- Son las partículas de las fuerzas fundamentales.
- Permiten la interacción entre la materia tanto de largo como de corto alcance.
- Tienen un espín entero.
Fuerza Gravitatoria
- Es la fuerza más débil de todas.
- Se
presenta entre dos objetos con masa.
- Es una
fuerza de atracción, proporcional a las masas e inversa a la distancia.
- Es de
largo alcance.
- Es
mucho más evidente a gran escala, como en los cuerpos celestes.
- Gravitones:
es una partícula hipotética relacionada con la acción de esta fuerza.
Fuerza Electromagnética
- Actúa entre partículas cargadas eléctricamente .
- Produce fenómenos como la electricidad, magnetismo, la luz.
- Puede ser de atracción o repulsión.
- Es de mediano alcance.
- Es proporcional a las cargas e inversa a la distancia.
- Su partícula son los fotones.
Fuerza Nuclear Débil
- Fuerza responsable del cambio de sabor de leptones o quarks (desintegración o decaimiento).
- Desintegración Beta: Un neutrón se transforma en protón, electrón y antineutrino. Un protón se convierte en neutrón, positrón y neutrino.
- Desintegración Beta: Un neutrón se transforma en protón, electrón y antineutrino. Un protón se convierte en neutrón, positrón y neutrino.
- De corto alcance
- Bosones W+, W-,Z.
Fuerza Nuclear Fuerte
- Mantiene unidos los protones en los núcleos de los átomos superando la repulsión electromagnética.
- Presente en la unión de quarks.
- De corto alcance.
- libera energía en reacciones nucleares como fusión y fisión.
- Gluones: su nombre proviene de pegamento en inglés.
- Pierde intensidad cuanto más cerca están los quarks.
Fermiones
- Es la segunda gran familia.
- Son todas las partículas que componen los átomos, por lo tanto toda la materia que nos rodea.
- tienen un espín semientero (1/2).
- Se divide en otras familias: los quarks y los leptones.
- No presentan cargas de color.
- No tienen interacción con la fuerza fuerte.
- Pueden verse libres o solos.
- Pueden no tener interacción con ningún otro tipo de materia.
- Cada generación tiene un neutrino respectivo, estas partículas tienen carga y masa casi inexistente.
Quarks
· Si presentan cargas de color.
· Se relacionan con la fuerza nuclear fuerte para unirse.
· Se han logrado ver al bombardear hadrones en el Gran Acelerador de Hadrones.
· Nunca se ve un quarks solitario .
· Tienen interacción entre ellos formando bariones o mesones.
· Se presentan en 3 generaciones de la menos masiva a la más masiva.
· En cada uno hay dos quarks uno de carga positiva y otro de carga
negativa (+2/3 o -1/3).
Cromodinámica Cuántica
Es una teoría cuántica de campos, en la que los quarks se mantienen unidos por el intercambio de gluones(partícula de la fuerza fuerte).
Cada quark conserva el color, siendo que solo existen partículas de materia en que el color está equilibrado en blanco, ya sea por parejas o trios.
2 quarks=Mesones --->compuestos por un quark y un antiquark (color y anticolor).
3 quarks=Bariones ---->compuestos por los colores (azul, rojo, verde).
Tetraquark
- Es un hadrón doblemente exótico
- fue visto en el Gran Colisionador de Hadrones
- Compuesto por 2 quarks encanto 2 dos desencantados
- Tcc+ ---> es el primero en no tener encanto y anti encanto; presenta dos encanto, un anti up y un anti down
- Presenta una vida muy larga en comparación con otras partículas
Pentaquark
- A diferencia del tetraquark es muy inestable y su vida es demasiado efímera como para un estudio exacto.
- se logró ver en el 2015 en el Gran Colisionador de Hadrones .
- Se cree que está compuesto por la unión de un barion y un mesón, proporcionándole 4 quarks y un antiquark .
- Es muy interesante para la ciencia ya que hace algunos años únicamente existía como teoría.
Bosón de Higgs:
- Pieza central del modelo estándar.
- Hace años se tenía solo como una hipótesis hasta que en el 2012 se vio una leve presencia en el Gran Colisionador de Hadrones.
- Parte del campo de Higgs.
- Explica como las partículas elementales obtienen masa cuando atraviesan el campo de Higgs.
- Es llamada la partícula de Dios, por su capacidad de proporcionar de masa a las partículas fundamentales.
energía oscura
- El Modelo Estándar de la física de
partículas es una teoría muy
aceptada para describir las
partículas elementales y las fuerzas
fundamentales que gobiernan el
universo.
Sin embargo esta teoría no explica
algunos aspectos fundamentales
del universo, como la gravedad, la
materia oscura y la energía oscura.
- El Modelo Estándar no puede
abordar la gravedad debido a la
falta de una descripción cuántica
de esta fuerza, a diferencia de las
otras fuerzas fundamentales,
además el Modelo Estándar no
incluye la materia y energía oscuras
porque no hay partículas conocidas
en él que puedan representarlas.
MATERIA
oscura
Postulada por Fritz Zwicky, en 1933, quien
observó que las velocidades de rotación de
las galaxias en los cúmulos galácticos eran
mayores de lo que se esperaba basándose
en la masa visible de las estrellas. Propuso
que había una "materia oscura" invisible
que proporcionaba la masa adicional
necesaria para explicar estas velocidades.
Vera Rubin y Kent Ford en la década de
1970 proporcionaron más evidencia de la
existencia de la materia oscura al estudiar
la velocidad de rotación de las galaxias
espirales.
Características:
- Invisibilidad Característica: La materia oscura no puede ser vista directamente, ya que no emite ni refleja luz. Su existencia se deduce a partir de cómo afecta gravitacionalmente a las galaxias y otras estructuras del cosmos.
- Abundancia de Masa: A pesar de su incapacidad para ser observada, la materia oscura representa aproximadamente el 27% de la densidad total de materia y energía en el universo, superando en cantidad a la materia convencional, como estrellas y planetas.
- Dominio Gravitacional: La materia oscura interactúa principalmente a través de la fuerza de la gravedad, influyendo en la distribución y el movimiento de las galaxias a escalas cósmicas, sin embargo, no se ha observado ninguna interacción electromagnética o nuclear fuerte o débil con otras formas de materia.
- Hipótesis Variadas: Aunque se han propuesto varias teorías sobre su composición, desde partículas exóticas hasta modificaciones de la gravedad, hasta el momento no se ha confirmado experimentalmente ninguna partícula que pueda explicar completamente la materia oscura.
- Desafío Científico Importante: La comprensión de la naturaleza de la materia oscura representa uno de los mayores desafíos en la física contemporánea, lo que impulsa investigaciones en áreas como la astrofísica, la física de partículas y la cosmología, con el propósito de revelar su verdadera esencia y su impacto en la estructura y evolución del universo.
ENERGÍA
oscura
Postulada por primera vez a finales
de la década de 1990 por un equipo
de astrónomos, que estudiaban la
expansión del universo mediante
supernovas distantes.
Descubrieron que, en lugar de
desacelerar debido a la atracción
gravitacional de la materia, el
universo parecía estar
expandiéndose a un ritmo
acelerado.
Esta observación llevó a la idea de
que había una forma de energía desconocida, "energía oscura”,
que contrarrestaba la atracción
gravitacional y causaba esta
expansión acelerada.
Constituye aproximadamente el
68% del universo según las
observaciones astronómicas,
causa una expansión acelerada del
universo, lo que implica una especie
de "empuje" que contrarresta la
atracción gravitacional.
Aplicaciones
TRANSMISIÓN DE ENERGÍA E
INFORMACIÓN EN ONDAS
- Comunicación: Los teléfonos
móviles utilizan ondas
electromagnéticas para transmitir
voz, datos y mensajes de texto a
larga distancia.
- Internet: Las redes inalámbricas
utilizan ondas de radio para
transmitir datos, permitiendo la
conexión a Internet en dispositivos
como computadoras, tabletas y
teléfonos inteligentes.
- Televisión y radio: Las señales se
transmiten a través de ondas
electromagnéticas, permitiendo la
difusión de programas de
entretenimiento, noticias y eventos
en tiempo real.
- Resonancia magnética: Utilizan
campos magnéticos y ondas de radio
para producir imágenes detalladas
del interior del cuerpo humano,
facilita el diagnóstico y tratamiento
de enfermedades.
- Radares de seguridad: Utilizan
ondas electromagnéticas para
detectar la velocidad de los
vehículos en carretera, ayudando a
hacer cumplir las leyes de tráfico y
prevenir accidentes.
Avances
MECATRÓNICA AL
SERVICIO DE LA SOCIEDAD
La mecatrónica combina la ingeniería
mecánica, electrónica, de control y de
sistemas para crear productos y procesos
más eficientes y automatizados.
- Robótica industrial: Robots que
realizan tareas repetitivas y peligrosas
en entornos industriales, aumentando la
productividad y la seguridad en las
fábricas.
- Automatización en la agricultura:
Equipos mecatrónicos como los
tractores autónomos y los sistemas de
riego automatizados mejoran la
eficiencia en la producción agrícola.
- Asistentes virtuales: Dispositivos como
Amazon Echo y Google Home utilizan
tecnología mecatrónica para
proporcionar asistencia en el hogar,
controlar dispositivos inteligentes y
responder preguntas.
- Prótesis biónicas: Prótesis avanzadas
que utilizan tecnología mecatrónica para
restaurar la movilidad y la funcionalidad
en personas con discapacidades.
DEFECTOS DE LA
tecnología
Incluyen el desplazamiento laboral, la
brecha digital, problemas de privacidad
y seguridad, adicción y salud mental,
desinformación, dependencia
tecnológica, entre otras.
Es importante abordar estos desafíos
mediante regulaciones adecuadas, así
como promover un uso responsable y
ético de la tecnología para garantizar
que beneficie a toda la sociedad.
Incidencia
EN LA SOCIEDAD...
- Electromagnetismo: Ha impulsado la
comunicación instantánea y la atención
médica avanzada, así como la generación
de energía limpia, pero ha generado
preocupaciones por la contaminación
electromagnética y la dependencia
tecnológica.
- Mecánica Cuántica: Base de la
electrónica moderna y permite el
desarrollo de dispositivos más pequeños y
eficientes, pero enfrenta desafíos
tecnológicos y preocupaciones sobre
seguridad y privacidad.
- Nanotecnología: Ofrece materiales más
fuertes, livianos y resistentes, así como
dispositivos más precisos y pequeños, pero
sus aplicaciones plantean preocupaciones
sobre impactos ambientales y la salud y
seguridad humanas.
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