Física de 2º: física de partículas y modelo estándar

El modelo estándar de la física de partículas es uno de los saberes del bloque D de la Física de 2º de Bachillerato. Es un tema más descriptivo que de cálculo, pero exige precisión: clasificar correctamente las partículas, saber qué bosón media cada interacción y comprobar, con unas pocas leyes de conservación, si una reacción es posible. Este material reúne esos contenidos en preguntas que obligan a razonar, no solo a recordar nombres.

El cuestionario tiene doce preguntas. Practicarás la clasificación en leptones, quarks, bariones y mesones; el cálculo de la carga de un hadrón a partir de las cargas fraccionarias de sus quarks (y el cambio de signo de un antiquark); la deducción de la composición de un barión a partir de su carga; la desintegración beta menos explicada a nivel de quarks, con el bosón $W^{-}$; la identificación de la partícula que falta en una desintegración usando la conservación de la carga y del número leptónico; y la detección de un proceso prohibido comprobando carga, número bariónico y número leptónico. También se tratan los bosones mediadores de las cuatro interacciones, su intensidad relativa, el confinamiento de los quarks, el papel del bosón de Higgs y el funcionamiento de un sincrotrón como el LHC del CERN, comparado con el ciclotrón.

Las tarjetas de memoria repasan las definiciones clave: quark, leptón, barión, mesón, antipartícula, confinamiento, número bariónico, gluón, interacción débil y sus bosones, bosón de Higgs, sincrotrón y desintegración beta menos.

El trabajo escrito propone ocho tareas para resolver a mano: describir la estructura del modelo estándar (tres generaciones de quarks y leptones y los bosones), calcular cargas y composiciones de hadrones, justificar con las leyes de conservación si varias reacciones son posibles, explicar la desintegración beta a nivel de quarks, comparar las cuatro interacciones por mediador, alcance e intensidad, explicar qué aporta el bosón de Higgs, describir el funcionamiento de un acelerador circular y explicar el confinamiento. Son tareas de respuesta abierta en las que se valora la precisión del vocabulario.

Las cargas de los quarks se dan en el enunciado cuando hacen falta y todas las preguntas son autocontenidas. El material sirve para estudiar el tema por primera vez o para repasarlo antes del examen.

• Clasificar las partículas del modelo estándar en quarks, leptones y bosones, y los hadrones en bariones y mesones.
• Calcular la carga de un hadrón a partir de sus quarks y deducir composiciones compatibles con una carga dada.
• Aplicar la conservación de la carga, del número bariónico y del número leptónico para decidir si una reacción es posible o identificar una partícula.
• Relacionar cada interacción fundamental con su bosón mediador, su alcance y su intensidad relativa.
• Explicar la desintegración beta a nivel de quarks, el papel del bosón de Higgs y el funcionamiento de los aceleradores circulares.

Material de práctica elaborado por Zestly a partir de los saberes básicos del bloque D (Modelo estándar en la física de partículas; interacciones fundamentales; aceleradores) de Física de 2º de Bachillerato, Real Decreto 243/2022.