Partícula no esperada

[carroza]

Todo ok y gracias por las respuestas, hay dudas que no las preguntamos por verguenza y avanzamos sin tenerlo claro. Normalmente son las dudas mas básica jaj.

La ventaja de un foro de este estilo, anónimo, es que nadie te va a poner mala nota por las preguntas, así que puedes pasar de la verguenza y preguntar cualquier cosa por simple que sea. Cuanto más básica y "tonta" parezca la pregunta, más fructíero será para tí cuando entiendas la respuesta.


Con respecto a los fotones, entresaco de tus preguntas que te interesa saber cuándo aparecen (cuando tienen longitud de onda cero, cuando tienen masa ...).

Para ello, lo mejor es que recuerdes el electromagnetismo clásico. Los fotones, básicamente, son Campo Electromagnético. Así que la pregunta es: Cuando surge el campo electromagnético?

Como estás en segundo ciclo, debes haber visto las ecuaciones de Maxwell. Y sabrás que cuando hay cargas y corrientes, se genera un campo electromagnético. Y cuando las cargas están aceleradas, como en una antena, se genera un campo electromagnético que se propaga, que tiene una energía y un momento dado.

Lo que probablemente no sepas, y espero que veas en el ultimo año de carrera, es que el campo elecromagnético está cuantizado, y los cuantos del campo electromagnético son los fotones.

En el caso de la aniquilación de una partícula, como es el pión neutro, para dar dos fotones, el proceso temporal sería el siguiente:

- Un pión neutro es neutro, pero está formado por dos particluas de carga opuesta, que pueden ser un quark u (carga +2/3) y su antiquark correspondiente (carga -2/3).

- De la misma manera que el fotón es un cuanto del campo electromagnético, quarks y antiquarks son cuantos de un campo fermionico, en cuyos detalles no quiero entrar.

- Conforme el tiempo evoluciona, el campo fermionico de los quarks se acopla al campo electromagnético, de forma que uno disminuye y otro aumenta.

- Al final de este proceso, tenemos que el pión, que fundamentalmente estaba compuesto por los campos fermionicos de los quarks, ha desaparecido, y nos aparece un campo electromagnético que podemos describir como dos fotones, viajando en direcciones opuestas.

Todo este proceso temporal es muy rapido, y no se puede "observar" experimentalmente, aunque si calcular teóricamente. Solo "vemos" la situacion final. La probabilidad de que ocurra este proceso es lo que se describe, en teoría de perturbaciones, haciendo uso de los diagramas de Feynmann.

Un saludo

[Alriga]

...Al final, entiendo que un foton, ya sea como onda o como partícula, mientras tenga una longitud de onda mayor que "0", sera un foton de masa "0" con C constante para cualquier observador ...

Correcto

... y siempre me queda la duda extrema, del paso en el que se inician los fotones desde un valor 0 de longitud de onda. ¿Que son exactamente en ese punto? ...

La pregunta no se entiende muy bien. Conforme más pequeña es la longitud de onda de un fotón mayor es su energía, y los fotones se van clasificando por longitud de onda decreciente como radiofrecuencia, microondas, infrarrojo, visible, ultravioleta, rayos X y radiación gamma.

$E=h \ \dfrac c{\lambda}$

Si haces el límite para $\lambda \to 0$ en el límite tendríamos un fotón gamma de energía infinita, pero no existe "un fotón exactamente en ese punto de longitud de onda cero", puesto que no hay fotones de energía infinita

... ¿ los fotones en algun momento son masa? ...

Todas las partículas reales cumplen la relación

$E^2 = m^2 c^4 + p^2 c^2$

El fotón como partícula real también está obligado a cumplirla. Para su caso particular m=0 por eso el fotón es una partícula que solo tiene energía y momento lineal, $E=p c$ pero no tiene masa, (por eso puede desplazarse a la velocidad de la luz)

Otras partículas sin masa que se desplazan a la velocidad de la luz son los gluones, y en caso de existir, seguramente los gravitones.

Nota que aunque los fotones tienen masa cero, si uno de ellos tiene energía suficiente y se dan las condiciones adecuadas para que se conserven la energía y el momento, el fotón puede desaparecer completamente desintegrándose en partículas, por ejemplo, supongo que habrás estudiado la clásica creación de pares

$\boldsymbol{\gamma \longrightarrow e^- + e^+}$

Saludos.

PD: puedes encontrar un par de ejemplos de aplicación de estas expresiones matemáticas para fotones y partículas en Imposibilidad de la creación de pares electrón – positrón en el vacío y en Interacción fotón - electrón

[Livilro]

Todo ok y gracias por las respuestas, hay dudas que no las preguntamos por verguenza y avanzamos sin tenerlo claro. Normalmente son las dudas mas básica jaj.


Recordando una charla que se tuvo aqui acerca de la flecha termodinámica, el hielo que se derrite o por el contrario se volvia a formar, siempre podemos tomar esa lógica y aplicarla.


1 pión neutro de masa x da lugar a 2 fotones de energia asociada x,

2 fotones de energia asociada x dan lugar a 1 pión de masa x.


Obvio es, que no lo podremos llevar a cabo por una amplia lista de inconvenientes, ( y violacion de leyes), no cambiando el hecho de que los 2 fotones de masa "0", formaban un unico elemento masivo.


En la desexcitación de los nucleos no hay mucho que decir para el caso ya que es un proceso de conservación clasico comprendido y no tan absoluto como una desintegración en la que desaparece la masa inicial.



Al final, entiendo que un foton, ya sea como onda o como particula, mientras tenga una longitud de onda mayor que "0", sera un foton de masa "0" con C constante para cualquier observador.

y siempre me queda la duda extrema, del paso en el que se inician los fotones desde un valor 0 de longitud de onda. ¿Que son exactamente en ese punto?

Un poco lo que comentais de las colisiones para el Higgs. Se estudian los canales una vez ya han surgido y nos arrojan datos complicados debido al movimiento esperado del Boson, intantemos invertir el producto para llegar al origen.


No se me ocurren casos en los que los fotones no tengan un origen directo o indirecto en elementos masivos, entonces de ahi la pregunta, ¿ los fotones en algun momento son masa?




Del bump estuve mirando mas desde ayer, y todo ok, mala comparación mia

[carroza]

Hola, Livilro.

Quizás tengas la imagen de los fotones producidos por desexcitación de átomos o de núcleos atómicos. En esos casos, partes de un átomo o un nucleo en su estado excitado, y acabas con un átomo o un nucleo en sus estado fundamental, y un fotón.

Aqui estamos considerando el caso de ciertas particulas neutras, que se desintegran totalmente, desaparecen, y su energía en reposo ($m c^2$) se convierte en dos fotones. El caso más familiar de eso es el pión neutro, $\pi^0$, cuya masa $m c^2= 135 MeV$, y que se desintegra en el "canal" de dos fotones, que tienen cada uno una energía de 67.5 MeV.

Pregunta si algo no está claro de esto, y si quieres vamos a los "bumps", que no tienen nada que ver con ninguna función de onda.

Saludos

[Alriga]

Hola Alriga, no entiendo ... Estoy en segundo ciclo ...

Pues te presento mis disculpas, ya que tienes (teóricamente) mayor nivel en Física que yo. A mi bajo nivel (la Física que se estudia en la carrera de Ingeniería), solo llego hasta conocer la históricamente y científicamente muy relevante Ecuación de Planck para la energía de los fotones:

$E=h\nu$

Que sustituyendo la frecuencia en función de la longitud de onda se convierte en:

$$\boxed{E=h \ \dfrac c{\lambda}}$$

Entonces, a la luz de esta conocidísima expresión, (que en mi época, en el siglo pasado, se daba en el bachillerato) me parece muy sorprendente la pregunta:

… ¿ Los fotones a 0 um de longitud de onda eran masa no ? …

Mi sorpresa debe ser consecuencia de mi propia incompetencia, te reitero mis disculpas y por mi parte considero el tema zanjado.

Saludos.

[Livilro]

Hola Alriga, no entiendo

¿En una desintegracion los fotones surgen ajenos al elemento que se desintegra?¿ Se crea la energia de la nada?

Estoy en segundo ciclo y no me han enseñado eso.

Dentro del boson de Higgs comentais los10 tipos diferentes de canales de desintegracion entonces ya sabemos que tendrian origen en un elemento masivo.


Estaba mirando si igual era por haber comparado el bump con la funcion de onda, fijandome en el ejemplo del estadio que se a dado y tampoco entiendo el error, eso no tengo nada estudiado por eso preguntaba.


Gracias Alriga. y perdon por las dudas.
...Marca el nivel en Física correcto, seguramente “Secundaria” y aprieta “Guardar”. Sin comentarios pero gracias igualmente.

[Alriga]

Hola Livilro, observo que en tu perfil, el nivel de Física que tienes marcado es “Segundo ciclo Física” que es el nivel de alguien que está estudiando 3er o 4º curso del Grado de Física. Supongo que clickaste esa opción por error cuando formalizaste tu inscripción en el foro, corrígelo por favor porque despista:

• Clicka el botón de arriba a la derecha en el que figura tu nombre “Livilro”
• Clicka “Mi perfil”
• Clicka “SOBRE MI”
• Clicka el botón de la izquierda que dice “Editar opciones”
• En la lista “Nivel en física” tú tienes marcado “Segundo ciclo Física”
• Marca el nivel en Física correcto, seguramente “Secundaria” y aprieta “Guardar”

Es que preguntas del tipo:

Entonces, ¿el "bump" es una función de onda? ¿el rastro de una función de onda?

Del decaimiento en fotones me deja una duda , (que sera demasiado simplista), ¿Los fotones a 0 um de longitud de onda eran masa no?

es decir, en su origen o final tras decaer su energía intrínseca en función de la longitud de onda y ser absorbidos en algún proceso, son masa en algún momento no?

son perfectamente entendibles y razonables si provienen de un estudiante de bachillerato interesado por avanzar en Física, pero resultarían completamente incomprensibles si viniesen de alguien que, ya ha aprobado 1º y 2º curso de la carrera de Física, y ahora está en 3º o 4º

gracias y saludos.

[Livilro]

Entonces, ¿ el "bump" es una funcion de onda? ¿ el rastro de una funcion de onda?


Del decaimiento en fotones me deja una duda , (que sera demasiado simplista), ¿ Los fotones a 0 um de longitud de onda eran masa no ?

es decir, en su origen o final tras decaer su energia intrinseca en funcion de la longitud de onda y ser absorbidos en algun proceso, son masa en algun momento no?

[Pola]

Gracias Alriga. Entendido. Un saludo

[Alriga]

...¿Y el canal es un canal de ... ?

Le llaman "canal" a cada uno de los diferentes modos de desintegración de una partícula, por ejemplo el Bosón de Higgs se puede desintegrar según (al menos) 4 canales (que yo recuerde, pero seguro que debe haber algún canal más) :

1. En dos bosones Z
2. En dos fotones
3. En dos muones
4. En dos quarks charm
5. ....

Por ejemplo, cuando estudian las apariciones de fotones en el detector e intentan ver si proceden de la desintegración de un Higgs según (2), dicen que "están explorando el canal bifotónico"

A (1) le llaman "estudiar el canal bosónico", a (3) el canal muónico,...

Saludos.

ACTUALIZADO: he encontrado en la Wikipedia esta imagen con 10 canales teóricos diferentes de desintegración del Higgs:

[Pola]

Gracias por la explicación, Carroza. La imagen es buena. ¿Y el canal es un canal de energías o de ángulos?

[carroza]

Hola, Pola.

Una imagen puede ser util: Buscar una nueva partícula no es como cuando un arqueologo busca un tesoro, cavando en muchos sitios hasta que lo encuentra. Imaginate, más bien, que tienes un campo de futbol, con cien mil personas hablando, cantando y gritando, y entre ellas hay una persona, que, de vez en cuando, podría cantar una pasaje pasajes de una opera, o no.

Imaginate que tienes, en los alrededores del campo de futbol, una red de muchos mucrófonos que pueden captar los diferentes registros de frecuencias (graves, medios, agudos). Ahora, tu problema analizar todos esos micrófonos, y ver si, efectivamente, puedes entresacar del "ruido" de fondo, la melodía de la persona que canta, o concluir que no existe esa persona.

Probablemente, en tu análisis del sonido, establezcas una base de intensidad de ruido en las diferentes frecuencias. A partir de esa base de ruido, intentes destacar si hay algunas frecuencias en las que la señal sea un poquitón más alta que lo normal. Intentarás luego ver si, analizando esas frecuencias, y viendo la contribución de cada micrófono, puedes inferir si ese sonido extra pude provenir de una localización determinada en el campo. Si eso es así, considerarás una combinación de todas las señales de los micrófocos, para amplificar el sonido que viene de la localización concreta. Y ahora, esperarás capturar el sonido el tiempo suficiente, para poder destacar el fragmento de la ópera.

Voy a tus preguntas

El asunto de “los dos pares de fotones” hace pensar por qué precisamente de fotones. En los famosos jets tras las colisiones, aparecen un montón de partículas y no entendía muy bien si los fotones son un ejemplo de una de las partículas que se siguen o es que hay una razón para seguirlos a ellos precisamente. Aunque esto es algo que uno puede entender vagamente.

Fotones es algo que se produce mucho en la colisión de dos protones. Pero protones muy energéticos (varias decenas de GeV), hay menos. Y dos fotones muy energéticos a la vez, son menos aún, aunque todavía hay muchos. Dos fotones muy energéticos a la vez, que pueden provenir o no del Higgs, es una señal limpia. Un "jet de partículas" es algo más complicado.
Ves muchas partículas, con energías muy diferentes. Pueden formar parte, o no, de un jet. A posteriori, una vez identificada la particula (el higgs o lo que sea), estudiarás los jets que pudieran provenir de esa particula, pero no es una buena señal para identificar algo nuevo.

Con “el sistema centro de masas” me sucede algo parecido. Entiendo que por alguna razón ése es el lugar adecuado para medir la energía, aunque tampoco tengo ni idea de por qué razones es así.Ves muchas partículas

Si el Higgs se produjera en reposo en la colisión, como tiene una masa de 126 GeV, veríamos siempre dos fotones de 63 GeV, con lo que sería una señal muy facil de destacar (un "do de pecho" en el estudio de las frecuencias del sonido). Como el Higgs se produe en general moviendose a velocidades pmuy altas, y en direcciones arbitrarias, las frecuencias de los fotones pueden cambiar, y la señal se dispersa.
Sin embargo, si a partir de la energía y el ángulo observados de los fotones, los transformas a su sistema del centro de masas (centro de momentos estrictamente), recuperas la señal nitida de 63 GeV (el "do de pecho").

[Pola]

No, que os estoy agradecido por las respuestas. Soy yo, que me faltan conocimientos.

Cuando leía tu repuesta y el link que mandó Alriga,tratando de entender el significado de lo que decíais, en algunas cosas me pierdo

El asunto de “los dos pares de fotones” hace pensar por qué precisamente de fotones. En los famosos jets tras las colisiones, aparecen un montón de partículas y no entendía muy bien si los fotones son un ejemplo de una de las partículas que se siguen o es que hay una razón para seguirlos a ellos precisamente. Aunque esto es algo que uno puede entender vagamente.

Con “el sistema centro de masas” me sucede algo parecido. Entiendo que por alguna razón ése es el lugar adecuado para medir la energía, aunque tampoco tengo ni idea de por qué razones es así.

Pero lo que no entiendo es el asunto de del canal. No sé qué es un canal ni qué significado tiene. No ecomprendo nada de lo que se dice sobre éste punto.

Tampoco “la línea s que corresponde al background” No entiendo el significado de esto.

Ni cómo puede una partícula estar escondida en ése fondo.

El link de Alriga da para enredarse con él y con todas las citas que tiene durante un buen, buen rato. Tiene un montón de datos técnicos que no comprendo; pero tratando de ir a la cuestión de fondo, leía sus respuestas 11 y 13.


Y no entiendo el asunto de los ángulos, en concreto, no entiendo el significado ni la interpretación de esta frase:

"los datos experimentales que han obtenido muestran un exceso de pares en ángulo de 115º, lo cual les hace deducir que, ese pico que viola la predicción, corresponde a una nueva partícula"

Ni el porqué de la deducción.

[carroza]

A ver, Pola, que nos desmotivas a Alriga y a mí. ¿Que es lo que no entiendes del post y del link?

Saludos

[Pola]

Pues gracias por vuestra respuestas, que apenas soy capaz de entender. Ni lo que explica Carroza ni lo que se explica en el Link. Me quedo con la idea de que sí son capaces de detectarlas, pero me temo que el asunto está bastante por encima de mi conocimiento.

A mi las teoría supersimétricas no me gustan mucho, así que por ése lado me alegra...

Un saludo