Física Nuclear I

Física Nuclear I
Rodolfo (Rolo) Id Betan
idbetan@ifir-conicet.gov.ar
Edificio Ifir, Of. 201 (Esmeralda y Ocampo)
Tel. 4853200 Int. 487
Curso: Objetivos
Introducir las propiedades básicas
del núcleo atómico y las teorías
necesarias para explicar sus
propiedades microscópicamente.
Curso: Objetivos
Divulgar la ciencia nuclear como
ciencia de interés actual en
contraposición a ciencia vieja.
Curso: Objetivos
Preparar a aquellos que decidan
desarrollar su carrera de
investigación en el área de Física
Nuclear.
Contenidos
Origen del núcleo
Historia de la Física Nuclear
Aplicaciones
Propiedades del núcleo
Contenidos
Modelos Nucleares
Funciones de onda
Interacción residual
Teoría de momento angulares
Contenidos
Decaimiento radiactivo
Decaimiento gamma
Aproximaciones de campo
medio(Hartree-Fock. Tamm-Dancoff. Random phase)
Contenidos
Pairing en sistemas de muchas
partículas
Modelo colectivo (Bandas rotacionales.)
Teoría de dispersión (scattering
theory)
Metodología
12-14 Clases (90' + 45'):
Descripción cualitativa de la física
que se estudiará esa clase (parte
divulgativa y conceptual).
Desarrollo más específico del tema
(parte técnica).
Trabajo en grupo para resolver
algún problema específico (fijación
del concepto).
Metodología
Exposición de Alumnos para
aprobación curso:
Charla corta individual (aprox. 15')
de un tema a elección.
El núcleo:
Presentación en Sociedad
1 fm = 10^-15 m
fm=femtometer=fermi
El núcleo:
Presentación en Sociedad
Los nucleones están
formados por la 1ra familia
de Fermiones.
Los leptones son las
partículas elementales
con spin ½ que no
sienten la fuerza fuerte.
Los hadrones son las
partículas compuestas
por quarks y sienten la
fuerza fuerte.
El núcleo:
Presentación en Sociedad
Clases de Hadrones
Bariones: partículas compuestas
de de tres quarks: protones y
neutrones.
Mesones: partículas hechas de un
quark y un antiquark: piones.
Bariones exóticos...
Carga del Protón: +e
Carga del Neutrón: 0
Spin: 1/2
Vida media del Protón:
> 10^35 años
Vida media del
Neutrón(fuera del
núcleo): 15 minutos
Origen de los Núcleos
¿Vos naciste de un repollo?
...yo tampoco!
Origen de los Núcleos
Livianos
Origen de los Núcleos
Medianos y Pesados
Tabla Periódica
Tabla de Núcleos
Aplicaciones de la Física
Nuclear
Preguntas Relacionadas con
la Física Nuclear
¿Cuál es el origen microscópico
(QCD) de la interacción fuerte y débil?
¿Cuál es el límite de la existencia
nuclear?
¿Existe la materia nuclear donde los
quarks están desconfinados?
Preguntas Relacionadas con
la Física Nuclear
¿Qué papel juega las reacciones
nucleares en la evolución de las
supernovas y las estrellas de
neutrones?
La gran mayoría de la materia está
concentrada en los núcleos ¿Cuánta
materia ordinaria existe y de qué está
hecho el resto?
Historia del Núcleo
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1896: Antoine Henri Becquerel descubre la
radioactividad en la sales de Uranio.
1897: Ernest Rutherford demuestra que el
Uranio decae en partículas alfa y beta.
1898: Marie Sklodowska Curie y Pierre
Curie aislan el Polonio y el Uranio.
1900: Max Carl Ernst Ludwig Planck
desarrolla la teoría de quantización.
Historia del Núcleo
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1900: Paul Villiard descubre los rayos
gamma.
1911: Ernest Rutherford desarrolla el
modelo atómico con el núcleo en el centro.
1912: Hans Geiger desarrolla una ley
empírica que relaciona la constante de
desintegración de un núcleo con la energía
de la partícula alfa emitida.
Historia del Núcleo
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1913: Niels Henrik David Bohr desarrolla
su teoría del átomo.
1919: Ernest Rutherfor produce la primera
transmutación de laboratorio (Nitrógeno +
Alfa → Hidrógeno + Oxígeno).
1925: Wolfgang Pauli introduce el principio
de exclusión.
1928: George Gamow explica teóricamente
el decaimiento alpha.
Historia del Núcleo
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1931: Harold Urey descubre el deuterio.
1931: Robert Jemison Van De Graaff
inventa su acelerador de partículas para la
investigación en física nuclear.
1931: Wolfgang Pauli introduce la idea del
neutrino en el decaimiento beta.
1931: Ernest Orlando Lawrence & Miton
Stanley Livingston construyen el primer
ciclotrón.
Historia del Núcleo
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1932: James Chadwick descubre el
neutrón.
1934: Leo Szilard patenta la idea de la
reacción nuclear.
1934: Enrico Fermi desarrolla la teoría del
decaimiento beta.
1935:Hidek Yukawa desarrolla la teoría de
la fuerza nuclear por intercambio de
partículas.
Historia del Núcleo
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1937: Niels Bohr desarrolla la teoría nuclear
de la gota líquida.
1942: Enrico Fermi y demás científicos del
proyecto Manhattan construyen el primer
reactor nuclear.
1945: 16 de Julio explosión 1ra bomba
nuclear.
1948: H. Bethe & G. Gamow explican la
nucleosíntesis del Big Bang.
Historia del Núcleo
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1948: A. H. Snell & L. C. Miller descubren
el decaimiento del neutrón.
1949: Mayer & Jensen desarrollan el
modelo de capas nuclear.
1952 Teller desarrolla la bomba de
hidrógeno.
1964: Murray Gell-Mann & Georege Zweig
introducen los quarks.
Historia del Núcleo
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1972: Harald Fritsch & M. Gellmann
introducen la Cromodinámica Cuántica.
1977: L. M. Lederman descubre el quark
bottom en el Fermilab.
2002: Elemento más “pesado”: Z=118
descubierto en JINR en Dugna (Rusia).
2010: Último elemento descubierto: Z=117
(ununseptium) en JINR en Dugna (Rusia) +
Oak Ridge (USA).
Año descubriento de los elementos
más pesados
Z
Nombre
Año
116
Livermorium (Lv)
1999
115
Sin nombre
2005
114
Flerovium (Fv)
1999
113
Sin nombre
2002/2003
112
Copernicium (Cn)
1996
111
Roentgenium (Rg)
1994
110
Darmstadtium (Ds)
1994
108
Hassium (Hs)
1984
109
Meitnerium (Mt)
1982
107
Bohrium (Bh)
1981
106
Seaborgium (Sg)
1974
105
Dubnio (Db)
1970
104
Rutherfordium (Rf)
1968
Evolución de los núcleos
descubiertos por año
Crédito: M. Thoennessen. ArXiv:1402.1663
Núcleos superpesados
Colores: energía ligadura en MeV
Números mágicos: ...50, 82, 126, 184
Crédito: M. Bender, W. Nazarewicz, y P.G. Reinhard
Existencia de la isla de
estabilidad
La vida media aumenta
con el número de
neutrones, indicando una
tendencia hacia la
estabilidad.
Crédito: Wikipedia
Laboratorios que producen
haces de iones radioactivos
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ATLAS (USA-Argonne): Argonne Tandem Linac Accelerator
Systems.
NSCL (USA-Michigan): National Superconducting Cyclotron
Laboratory.
FRIB (USA-Michigan): Facility for Rare Isotopes Beams.
RIBF-RIKEN (JAPON-Wako): Radioisotope Bean Factory.
FAIR-GSI (ALEMANIA-Darmstadt): Facilty for Antiproton and Ion
Research.
SPIRAL2-GANIL (FRANCIA): System for Producing Online
Accelerated Radioactive Ions.
ISAC-TRIUMF (CANADA-Vancouver):
RIBLL (CHINA-Lanzhou): Radioactive Ion Beam Line.
JINR (RUSIA-Dubna): Joint Institute for Nuclear Research
(miden)
Es todo por hoy,
Gracias!