El Tamiz

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Esas maravillosas partículas - El tauón

En la serie Esas maravillosas partículas hemos hablado ya del electrón, el positrón, el protón, el neutrón, los quarks y el fotón, el neutrino y el “hermano pesado” del electrón, el muón. Hoy conoceremos al “hermano súper-pesado” del electrón - el tauón.

Antes de lanzarnos a conocer al tauón quiero hacer un inciso para que te sea más fácil relacionar los fermiones estudiados hasta ahora. Podríamos haberlo mencionado antes de empezar a hablar de cada partícula, pero creo que de este modo, introduciendo conceptos abstractos poco a poco y mezclándolos con las partículas, es más fácil asimilarlos - lo mismo hicimos ya con el concepto de antipartícula.

Existe un concepto de nombre desafortunado pero que es muy utilizado en física de partículas, denominado generación. El Modelo Estándar de partículas subatómicas divide a las partículas constituyentes de la materia (los fermiones) en tres de estas “generaciones”.

Digo que el nombre es confuso porque los fermiones de una generación no son “hijos” ni derivados de generaciones anteriores - lo único que diferencia una generación de la anterior es la masa. Las partículas de la primera generación son ligeras, las de la segunda generación son más pesadas y las de la tercera generación son las más pesadas de todas.

Para que haya partículas en distintas generaciones de la misma “dinastía” es necesario que sean idénticas en todas sus propiedades e interacciones (su carga, su color, las fuerzas que las afectan, etc.) excepto en la masa y, como consecuencia de ella, la estabilidad: las partículas de cada generación son menos estables que las de la generación anterior.

Por ejemplo, si recuerdas el artículo anterior, dijimos que el muón era prácticamente igual que el electrón, sólo que más pesado y menos estable. ¿Ves la relación entre ellos, en términos de “generaciones”? El electrón es un fermión de primera generación, y el muón, su hermano pesado, es la segunda generación. Hoy, si no lo conocías ya, vas a conocer a la tercera generación - el tauón.

Lo mismo ocurre con otras partículas que hemos estudiado, como los quarks: Los quarks up y down son la primera generación, los strange y charm la segunda, y los top y bottom la tercera generación.

¡Y lo mismo sucede con los neutrinos! El neutrino electrónico es el de primera generación, el neutrino muónico es el de segunda generación y el neutrino tauónico es el de tercera generación - todo encaja, cada neutrino en la generación de su leptón correspondiente.

Sin embargo, todo lo que puedes ver con los ojos (y casi todo lo que hay en el Universo) es de la primera generación - salvo los neutrinos, todas las partículas de las generaciones segunda y tercera son inestables. Cuanto mayor la generación, mayor la masa y por lo tanto la inestabilidad. ¿Recuerdas el muón y sus dos millonésimas de segundo de vida? ¡Espera a que conozcas la vida media de un tauón!

Por eso, los físicos ni siquiera están seguros de que no exista una cuarta generación de fermiones - es posible que exista, pero que el tiempo de vida de esas partículas sea inferior al que podemos detectar con los instrumentos de que disponemos. Podrían ser partículas que nacen y mueren antes de que el resto del Universo pueda darse cuenta de que existen. Además, esas partículas serían tan masivas que para generarlas harían falta colisiones de una energía gigantesca: los futuros aceleradores de partículas, desde luego, lo intentarán conseguir…pero tal vez no haya una cuarta generación.

En cualquier caso, centrémonos finalmente en la partícula de hoy, el tauón, también llamado leptón tau o partícula tau. Como hemos dicho antes, es el hermano de tercera generación del electrón, es decir, es un súper-súper-electrón (el muón era el súper-electrón, ¿recuerdas?) Igual que el muón tenía una masa de unas doscientas veces el electrón, el tauón tiene una masa que es unas 17 veces la de un muón, ¡unas 3.500 veces la del electrón! De hecho, un tauón es casi el doble de pesado que un protón.

El tauón es tan masivo que es el único leptón que puede desintegrarse en quarks. Por ejemplo, un tauón puede descomponerse en un antineutrino tauónico y un bosón W (del que aún no hemos hablado en la serie), que a su vez puede desintegrarse, entre otras cosas, en un quark down y uno anti-up (de modo que la carga total sea -1).

Pero, por otro lado, la vida del tauón es breve. Igual que la del muón era de unos dos microsegundos, la del tauón es de únicamente una tres décimas de billonésima de segundo…sí, sí: 0,0000000000003 segundos. No es fácil asimilar esto, ni hacerse una idea de cómo de pequeño es. Para hacerte una idea, es más o menos el tiempo que tarda la luz en atravesar el espesor de una hoja de árbol. Ésa es la fugacidad del tauón.

Por lo tanto, pasaron muchos años hasta que conseguimos ver uno - es posible que cuando tú nacieras no los conociéramos aún. En sus experimentos entre 1974 y 1979, Martin Lewis Perl y su equipo se dieron cuenta de que estaban detectando una partícula nueva - en las reacciones de desintegración que observaban entre dos electrones a gran energía hacía falta algo que no encajaba con nada de lo conocido hasta entonces…pero ese “algo” desaparecía rapidísimo, desintegrándose en otras partículas.

Las características de la partícula podían deducirse de las que la producían y las partículas en las que la “intrusa” se desintegraba, de modo que relativamente pronto se supo que debía tratarse necesariamente de una partícula masiva de carga -1.

En unos años se confirmó la presencia de la partícula nueva, aunque no fue fácil debido a su corta vida, a la que se denominó “partícula tau” o “tauón”, por la letra griega, copiando en cierto modo al muón. En poco tiempo se habían medido las propiedades más importantes del tauón. Perl recibió el Premio Nobel en 1995 por este descubrimiento.

Aquí puedes ver el diagrama con todas las partículas vistas en la serie hasta ahora, incluyendo en la leyenda una diferenciación de color para cada generación. Para tu información, hemos acabado de hablar de los fermiones del Modelo Estándar. ¿Verdad que, poco a poco y con diagrama, no parecen tantos?

Diagrama de partículas subatómicas

Ya que lo hemos mencionado, en la próxima entrada de la serie hablaremos de los bosones W y Z, los responsables de la interacción débil.

Ciencia, Esas maravillosas partículas, Física

26 comentarios

De: Vaughamm
2007-06-28 12:27:09

Muy interesante, uno se queda con las ganas de saber más aunque sospecho que para esto harían falta conocimientos previos profundos.
Cuando leo sobre estos temas siempre me surgen más preguntas de las que tenía antes y además seguro que no tienen sentido; por ejemplo, al haber partículas semejantes pero con distinta masa, ¿eso no sugiere que estén formadas por componentes más elementales? ¿Alguna teoría al respecto? O, ¿qué dice la teoría acerca de la posibilidad de estabilizar estas partículas más pesadas para crear otro tipo de materia?

De: Pedro
2007-06-28 14:31:05

Vaughamm,Las preguntas tienen todo el sentido del mundo, aunque creo que mis respuestas te van a decepcionar:Que haya partículas idénticas excepto respecto a la masa sí es sugerente, pero que yo sepa no hay ninguna teoría que suponga que están compuestas por las mismas cosas excepto, en cierto sentido, la Teoría de Supercuerdas, que va más allá del Modelo Estándar.Nunca he leído ninguna referencia que hable de estabilizar estas partículas - por lo que sé, no es posible (aunque tal vez alguien que sepa más que yo me corrija), de modo que no puede haber átomos con tauones en vez de electrones (bueno, al menos no por mucho tiempo).No es malo que surjan más preguntas...a mí me gusta cuando me pasa eso ;)

De: kender
2007-06-28 19:55:25

Genial la serie de artículos y el blog en general.Es posible que ya habría nacido, pero no :P yo soy del 88 :)Un saludo

De: 605U
2007-06-29 12:37:25

Hola a todos, se supone que existe una particula, no se si se ha ablado ya, que es el bosón de Higgs que se encarga de dotar de masa al resto de particulas. Se quiere demostrar la existencia de esta particula mediante el nuevo acelerador de particulas del CERN el LHC (Large Hadron Collider) que segun acabo de leer entrara en funcionamiento en mayo del 2008 llegando a una energía de 14 TeV (teraelectron-voltios).No se donde escuche que se podian hacer átomos exoticos compuestos de particulas de distintas generaciones...con una vida media extremadamente corta como dice Pablo, de todas formas os dejo la definición de átomo exótico en la Wikipedia:http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo_ex%C3%B3ticoYo tengo una duda a ver si alguien me es capaz de responder. Por que cuanto mas energia tiene un acelerador de particulas puede descubrir particulas con mas masa? Supongo que sera por que es capaz de provocar reacciones entre particulas de mas masa pero no estoy seguro del proceso, si alguien fuese capaz de aclararme las dudas se lo agradecería.Una sincera enhorabuena a la página y a todas sus series.Un Saludo-605U-

De: Pedro
2007-06-29 12:49:05

605U,El bosón de Higgs va a hacer su aparición en la serie, es sólo cuestión de tiempo - prefiero hablar primero de las partículas que sabemos que existen, pero aparecerá.Respecto a tu duda, la razón es E = mc^2. Cuanta más energía cinética tienen las partículas que colisionan, al convertir parte de esa energía en masa, más masivas pueden ser las partículas generadas.

De: feliepe de j. escale
2008-04-09 03:57:58

pregunta:
Si se toma en cuenta que nada se crea ni se destruye, solo se tranforma; eso quiere decir que todas las particulas incluyendo el foton solo se tranforma en un sin fin de transformaciones o hasta que se pierde la energia? queda solamente materia?.


De: xx32
2008-04-18 01:19:26

1,la materia es energia y viceversa,2 si las familias de partículas
(dow, strange y bottom)son iguales exepto la masa, ¿como se explica que el quark dow y el quark bottom no tienen extrañeza?
¿o la tienen?


De: Pedro
2008-04-18 07:00:52

felipe,


queda solamente materia?.


No lo sabemos, pero probablemente no pase eso.

xx32,

Las generaciones de partículas son casi iguales salvo en la masa, no iguales. El quark down no tiene extrañeza, ni el bottom, igual que el strange no tiene bottomness, ni encanto. Cada uno de los quarks más raros tiene su propio sabor, que no es compartido por los de otras generaciones.


De: xx32
2008-04-27 05:02:15

Podría aclarar el nombre de los sabores personales de los quarks, como lo es la extrañeza para el extrange


De: ace
2008-08-25 21:16:26

si cada particula tiene su antiparticula,no podria existir antimateria,es decir,protones y neutrones con distinta configuracion de quarks y positrones alrededor de estos haciendo la funcion de electrones?¿donde estaria esta antimateria?


De: Lore
2008-11-24 03:05:41

Hola, soy estudiante de colegio/secundaria, y me agrado mucho la explicación ya que es muy clara y simple. No tan compleja como otras explicaciones que no producen entender el tema.
Gracias


De: Anónimo
2008-12-03 18:59:13

¿se puede decir que podrían aparecer infinitos tipos de partículas inestables diferentes?


De: Manín
2009-03-16 04:48:25

Sería más o menos así, ¿no?

http://fc90.deviantart.com/fs44/f/2009/074/6/3/Vida_corta_by_Manin.jpg

Espero que me haya quedado digno de esta gran página que llevo mucho tiempo siguiendo. ^^


De: Pedro
2009-03-16 07:39:53

¡Es buenísimo todo!, desde lo gordo del muón/tauón hasta las desintegraciones (con bosones W, antineutrinos, etc. incluidos), y el gruñón del muón (como para no serlo). Me ha hecho sonreír a las 7:30 am, que no es poco. Claro, hace falta ser raro de narices para entenderlo... pero eso es parte de su encanto :) ¿Cómo es que el (c) es de 2008 y no lo habías mencionado hasta ahora?

¿Puedo mostrarlo con tu permiso en la página? Y, ¿hay alguna página que tengas en deviantart u otro sitio al que pudiera enlazar si lo hago?


De: Manín
2009-03-16 16:19:27

Ostras, es verdad lo del 2008... qué fallo, parece que quiero que no pase el tiempo. xD Bah, da igual, además me gusta más el 8 que el 9, jejeje...
Hace falta ser especial, para eso se hizo especialmente para esta página. ;)
Claro que puedes mostrarlo, igual hago alguno más, tengo alguna idea... (el Principio de Incertidumbre da muuucho juego, jejeje...)
Me alegro de que te haya gustado, Pedro. En cuanto a enlaces... mi página de DeviantArt está algo anticuada, es http://manin.deviantart.com

¡Nos vemos por aquí! ;)


De: azzurro
2009-03-16 17:22:52

Sospecho que crear materia con tauones en lugar de electrones, al margen de la inestabilidad de los tauones, tiene otro problema añadido: los orbitales.
- Debido a su masa, la longitud de onda de un tauón es muy superior a la de un electrón.
- Los niveles energéticos de los orbitales electrónicos son muy inferiores a los que ocuparían los tauones.

De lo que sí he leído es de crear un elemento constituído por un nucleo positrónico y un electrón a su alrededor. Por lo visto tiene además una utilidad práctica, que es la construcción de láseres de longitud de onda cortísima.


De: Oscar Ricino
2009-05-02 16:20:22

Que bueno es que ahora los científicos, aseguren como los trascendentalistas: ya nada se crea, ni se destruye, todo se transforma; faltaría que los primeros lleguen a determinar que la mater-ia es hija del espíritu. La ilusión también es una energía. Sres.Tamizeros, agradezco por su página, Todo está intimamente conectado como yo con Vds. Gracias


De: lluisteixido
2009-05-02 18:05:27


Que bueno es que ahora los científicos....


¿Ahora? Por lo que leo el origen del trascendentalismo se encuentra a mediados del siglo XIX. Y las leyes de la Termodinámica se establecen mas o menos por ahí si no me equivoco....


De: Nacho
2009-11-12 15:55:11

Yo no había nadido cuando se descubrieron los Tauones !!

Gracias por esta fantástica serie !!!

Querría hacer una pregunta: Porque ? Porque tantas partículas de segunda, tercera, etc... ? Igual que en la entrada del electron se dijo que "el universo no sería el mismo si no existiesen", podríamos decir lo mismo de los muones y los tauones?
Está claro que la navaja de Occham no se puede aplicar: si se han detectado será que existen. Pero digamos que es una física demasiado descriptiva: no hay una respuesta al porqué de estas partículas y/o su utilidad en el universo ??

Gracias !


De: Alberto
2010-11-11 02:23:40

El tauón es tan masivo que es el único leptón que puede desintegrarse en quarks.
COMO??!!!!
Un leptón desintegrándose en un quark... pensaba que no era posible....


De: Jesús
2011-08-31 13:03:26

Alberto: supongo que lo que pasa es que el Tauón se desintegra en su neutrino + bosón W (y éste a su vez, en quarks) a pesar de no estar formado por quarks.

mmm... que alguien me corrija si me equivoco :oops: !


De: keme
2011-09-01 10:41:22

He estado buscando un poco por ahí y lo único que he encontrado ha sido este párrafo (que curiosamente se repite casi exactamente en dos sitios diferentes):

"El tauón es el único leptón que tiene la masa necesaria para desintegrarse, la mayoría de las veces en hadrones. Un 18% de las veces el tau decae en un electrón y en dos neutrinos; en otro 18% de las veces, decae en un muón y en dos neutrinos. En el restante 64% de las ocasiones, decae en forma de hadrones y un neutrino."

Además, releyendo el artículo encuentro esto:

"El tauón es tan masivo que es el único leptón que puede desintegrarse en quarks. Por ejemplo, un tauón puede descomponerse en un antineutrino tauónico y un bosón W (del que aún no hemos hablado en la serie), que a su vez puede desintegrarse, entre otras cosas, en un quark down y uno anti-up (de modo que la carga total sea -1)."

Ahora viene mi duda, Pedro dice que se desintegra en un antineutrino y dos quarks (o un bosón W que a su vez forma los quarks), y... si partimos de un leptón y acabamos con un antileptón, ¿no estamos violando la conservación del número leptónico?


De: Angel
2011-09-01 11:05:29

keme: Fijate en este diagrama que muestra el proceso de desintegración del tauón: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Feynman_diagram_of_decay_of_tau_lepton.svg

Según esto, partiendo de un tauón (L=1) podemos acabar con:
-- neutrino tau, electrón y antineutrino electronico: L = 1 + 1 - 1 = 1
-- neutrino tau, muon y antineutrino muonico: L = 1 + 1 - 1 = 1
-- neutrino tau, quark down y antiquark up : L = 1 + 0 + 0 = 1
Así que la conservación del número leptónico se cumple. Fíjate que en el último caso también se cumple la conservación del número hadrónico (un quark y un antiquark tienen en total número hadrónico cero).


De: keme
2011-09-01 12:22:05

Entonces lo que se forma en la desintegración hadrónica del tauón (por llamarlo de alguna manera) es un neutrino, no un antineutrino como dice Pedro.


De:
2015-11-11 20:58

Todas los cuerpos y en consecuencia todas las partículas que existen, las conozcamos o no, están formadas por agrupaciones mas o menos perfectas de otras partículas menores. Este modelo no tiene final ni principio. Todo es infinito. Si pretendiéramos dividir sin cesar una de estas partículas, nunca acabaríamos. El único motivo que nos frenaría sería nuestra incapacidad para su manejo por la gran diferencia entre nuestros volúmenes aun utilizando técnicas superavanzadas. El que unas partículas sean mas estables que otras se debe, a mi entender, porque las fuerzas físicas de unión y desunión que intervienen estan mas o menos equilibradas. Cuando se produce un nuevo descubrimiento nos alborozamos con gran alegría, pero en realidad es una insignificancia A mi entender, lo que habría que lograr conocer con todo detalle son las fuerzas que intervienen en estos procesos que, a mi juicio, son que producen modelos similares.

De: Alejandro Coria
2015-11-11 23:20

Todas los cuerpos y en consecuencia todas las partículas que existen, las conozcamos o no, están formadas por agrupaciones mas o menos perfectas de otras partículas menores. Este modelo no tiene final ni principio. Todo es infinito.

Eso no lo sabemos, no hay nada que indique que eso sea cierto y ninguna teoría actual necesita que lo sea. No sé de dónde lo sacaste.

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