Petrozza

Sabemos que el Higgs es el responsable de dar masa a ciertas partículas. Sin embargo, no toda la masa de las cosas que nos rodean vienen de la interacción con el Higgs. Vamos a ver cómo gran parte de la masa de las cosas viene por efectos que no están relacionados con el Higgs. Simetria gauge y masa El modelo estándar se construye sobre la base de la existencia de unas simetrías que nos dan la forma de interacción de las partículas elementales, la simetría gauge. Este principio de simetría es muy potente por dos motivos: 1. Nos dice las cargas asociadas a cada interacción. 2. Nos da la forma precisa de dichas interacciones. Pero como contrapartida tenemos un problemita, las teorías gauge solo funcionan si las partículas no tienen masa. El mecanismo de Higgs es una forma de que las partículas (algunas de ellas) adquieran masa de forma compatible con la simetría gauge. Lo que sabemos es que por simetría gauge ni fotones, ni los bosones de la interacción débil Z(0), W(+) y W(-), ni los gluones, etc, deberían de tener masa. Y experimentalmente sabemos que todas las partículas, excepto el fotón, tienen masa. Los bosones de la interacción débil tienen masas comparables a núcleos de elementos tan pesados como el oro. Aquí es donde el Higgs juega su papel, según este mecanismo el campo de Higgs es capaz de acoplarse con distintos bosones mensajeros y con fermiones como el electrón, quarks y neutrinos para dotarlos de masa sin violar de forma flagrante la simetría gauge. El proton y el neutron Cuando miramos un átomo está constituido por un núcleo y sus electrones orbitales. Echando cuentas uno puede comprobar que la masa del átomo está esencialmente en su núcleo. Entre un 95% y un 99% de la masa del átomo le corresponde al núcleo. Los núcleos están constituidos por protones y neutrones. A su vez, se sabe experimentalmente que neutrones y protones, los nucleones, están formados por quarks. Un protón está constituido por dos quarks de tipo up y un quark de tipo down. El neutrón, a su vez, está constituido por dos quarks de tipo down y un quark de tipo up. Esta imagen simplista nos dice que con estos tres quarks se pueden entender las propiedades básicas de los nucleones como su carga eléctrica y su espín. Pero, la realidad nos depara sorpresas. Cuando lanzamos electrones muy energéticos contra nucleones, lo que se llama experimentos de dispersión inelástica profunda, podemos ver la estructura interna de los mismos. Entonces encontramos este resultado al medir una cosa llamada factor de forma (que nos habla de la estructura interna de los nucleones): Sin embargo, teóricamente esto no corresponde con una estructura interna de solo tres quarks. Los modelos teóricos: El primer grafico corresponde a tres quarks libres, el segundo a 3 quarks enlazados, y el ultimo grafico a 3 quarks enlazados mas "cosas" Es decir, un nucleón es algo que tiene tres quarks que determinan sus propiedades tipo carga y espín. Pero además, está lleno de gluones (los que transmiten la interacción fuerte) y pares de quark/antiquark que se crean en su interior y se reabsorben. La imagen pictórica más acertada sería algo así: La masa de los nucleones Si uno presupone que un nucleón solo está compuesto por tres quarks (de los tipos u y d) y supone que estas partículas se mueven dentro de los nucleones de forma no relativista (velocidades bajas) puede estimar la masa de los mismos. El resultado es que la masa de los quarks es de aproximadamente 310MeV, que es aproximadamente 1/3 de la masa de los nucleones. Pero como hemos visto, esto es incorrecto. La interacción que importa para entender la estructura de los nucleones es la interacción fuerte. Esta interacción opera entre quarks y se considera que está mediada por gluones. Los quarks tienen una carga que les permite interactuar entre ellos intercambiando gluones, la carga de color, que puede tomar tres valores, rojo, verde y azul. Una diferencia esencial entre la interacción fuerte y el electromagnetismo es la siguiente: 1. Cuando dos cargas eléctricas están mas cerca sienten mayor intensidad del campo eléctrico de la otra. 2. Con la interacción fuerte pasa al revés, cuanto más cerca están los quarks menos intensidad de la interacción fuerte sienten. A esto se le llama libertad asintótica. 3. Sin embargo, si intentamos separar dos quarks la intensidad aumenta tanto que no somos capaces de tener un quarks aislado. Esto se llama confinamiento. El confinamiento de los quarks es debido a que en la naturaleza solo están permitidas conformaciones neutras de color. Para conseguir tal combinación tenemos que tener una configuración de color/anticolor o de rojo/verde/azul. Es por eso que conocemos los mesones (quark-color/antiquark-anticolor) y los bariones (3 quarks cada uno con un color distinto). Cuando estudiamos la interacción fuerte, la cromodinámica, encontramos una escala de energía (y por tanto de tamaños), la constante de acoplo . Los quarks up y down tienen unas masas muy pequeñas comparadas con la escala de la cromodinámica: Esto nos indica que la masa de los quarks por si mismos, (generada por el Higgs), contribuye muy poco a la energía de un nucleón. Además, indica que los quarks dentro de los nucleones se mueven de forma relativista. Por lo tanto, gran parte de la masa de los nucleones está generada no por el Higgs sino por la escala de energía a la que la cromodinámica nos dice que los quarks tienen libertad asintótica. Hacer el cálculo exacto de la masa de los nucleones es muy complicado. La teoría no admite aproximaciones que simplifiquen el cálculo ya que a las energías en la que nos movemos los quarks están confinados. Esto hace que dicho cálculo sea toda una odisea técnica. Hay algunos resultados interesantes en cromodinámica cuántica en redes. En estos cálculos el espaciotiempo se sustituye por una malla en la que en los nodos están los quarks y en las uniones entre nodos aparecen los gluones. Con estas técnicas matemáticas se ha podido calcular la masa de los nucleones con cierto éxito (aunque no es totalmente satisfactorio por el momento): Introduciendo a mano las masas de algunas partículas hadrónicas (mesones y bariones) se ha podido predecir las masas de otras partículas. En la figura tenemos representados los datos puestos a mano por los puntos azules, los rojos son los predichos por el cálculo en la malla y se prepresentan los errores que se introducen en el cálculo. Las líneas negras son los valores experimentales. Así que podemos concluir que gran parte de la masa de las cosas que nos rodean no vienen de la mano del Higgs sino que hay que buscarla por las características de la interacción fuerte. Todavía nos queda mucho por aprender de la estructura de la materia...

Buenas noches gente de Taringa! Aunque soy un usuario antiguo aquí, este es mi tercer post recién, esto se debe tanto por la falta de tiempo como por la tremenda flojera en mis ratos libres . Intentare hacerlo de la mejor manera y que todo el contenido sea claro. Ya que el post trata sobre la fabricación de un pequeño transformador reductor casero, voy a obviar la mayor parte de la teoría, es decir que no voy a entrar en detalles acerca de los principios físicos que rigen el funcionamiento de un transformador, ni hablare sobre el procedimiento para calcular la potencia del transformador, su eficiencia, las perdidas de dicha maquina, etc. Si abarco todos esos temas este post en verdad sería demasiado largo, por lo cual me concentrare mas bien en la practica. NOTA: todas las imágenes son de un proyecto que realizamos entre unos compañeros y yo en nuestros primeros semestres en la carrera de Ing. Eléctrica. NOTA 2: antes de que vean nuestro transformador terminado ya les aclaro que no nos intereso la estética. Bueno aquí vamos: ¿Que es un transformador? Esquema simple de un transformador, al alimentar el bobinado primario con una fuente de voltaje alterno, por él circulará una corriente eléctrica alterna que produce una fuerza magnetomotriz que causa que se establezca un flujo de líneas de fuerza alterno (Ф1) en el circuito magnético del transformador.El flujo Ф1 al estar canalizado en el núcleo, induce en las espiras del bobinado secundario una fuerza electromotriz. El transformador es un dispositivo eléctrico que consta de una bobina de cable situada junto a una o varias bobinas más, y que se utiliza para unir dos o más circuitos de corriente alterna (CA) aprovechando el efecto de inducción electromagnética entre las bobinas. Una vez que ya sabemos que es un transformador pasamos a lo que de verdad importa en este post El transformador a construir es uno reductor de 220 a 12 V. Para el montaje del transformador, se utilizaron los siguientes materiales: -Chapas laminadas en forma de E e I. -Alambres de cobre. -Cinta papel. -Tuercas y tornillos. -Formaletas (fabricados). Alambre de cobre para el devanado primario recubierto con un barniz dielectrico y las laminas en forma de E para el nucleo. El diámetro requerido para el devanado primario era de 0,301 mm, pero debido a la dificultad de conseguir el alambre, se utilizo uno de 0,4 mm. Quiero aclarar que las laminas que utilizamos las tuvimos que cortar para evitar tener perdidas enormes, ya que las bobinas primaria y secundaria no estarían concéntricas debido a un pedido del profesor de fabricar un transformador con mas de una bobina secundaria. Con lo cual las pobres laminas quedaron de la siguiente manera: Ahora pasamos a la construcción del "material" en el cual se enrollarían los bobinados, las formaletas. Inicialmente nuestras formaletas serian de acrilico: Pero debido a la dificultad de su manejo y a la dificultad de que las piezas que lo conforman permanezcan unidas (ya que el material con el cual se trataba de adherir las piezas no era efectivo, y la silicona no se podía usar ya que dicho material se podía derretir al calentarse las bobinas), se crearon las formaletas con cartón prensado: Una vez terminados las formaletas (hicimos 3, para tener al menos dos bobinas secundarias), se comenzó a enrollar el alambre para el devanado primario, de abajo hacia arriba, de izquierda a derecha, apretando muy bien y teniendo cuidado de no montar una vuelta sobre otra y de no dejar espacios entre las vueltas de alambre. Debo admitir que esta fue la parte mas tediosa del proyecto, ya que requiere mucha paciencia, al menos nosotros tardamos 6 horas en terminar de enrollar la bobina para el devanado primario jaja: Quiero recalcar el orden y la pulcritud con la que se tenia que enrollar, ya que se requería de nada más y nada menos que 1316 vueltas para el devanado primario (esa cantidad de vueltas nos salio en los cálculos previos). Cuando se hace un enrollamiento desordenado, el alambre ocupa más espacio y al momento de colocar las chapas no entran, por tanto se verá obligado a golpear el alambre con un martillo, interponiendo un tronco plano de madera, para no correr el riesgo de pelarlo, estropeando el barniz aislante del alambre, causando cortos circuitos. Este es el devanado primario terminado: Al terminar el bobinado se lo recubrió con un papel para aislarlo del exterior. Las dos puntas que sobresalen de la bobina son las terminales del devanado primario, necesarios para conectar a dicho devanado a una fuente de voltaje. Para ponerle onda le pintamos aunque al final quedo un poco feo Para el devanado secundario se utilizo otro alambre con un diámetro mayor, ya que al reducir el voltaje, la corriente aumenta y se requiere que el alambre sea de mayor sección transversal. El diámetro requerido era de 1,29 mm, pero debido a las mismas dificultades, se utilizo uno de 1 mm de diámetro, para este devanado solo se requirió de 72 vueltas: Al terminar los devanados primario y secundario, se colocaron los devanados en los extremos del núcleo de hierro; quedando así el transformador: Ya probamos nuestro transformador antes de pintar las bobinas y formaletas. Como se puede ver a las chapas en forma de E se les coloca encima las chapas en forma de I, para completar el circuito magnetico. Todas las chapas quedan juntas gracias a que perforamos todas las chapas y las aseguramos por medio de tornillos. Aquí una imagen de cuando efectuábamos mediciones, el valor del voltaje en las terminales del devanado primario es el del multimetro de la derecha y el del devanado secundario el de la izquierda. En este caso la bobina secundaria utilizada es el de 72 vueltas. Y como pueden ver no nos salió exactamente 12 V. Pero ya es un valor aceptable para un proyecto menor. Nuestro transformador 100% terminado ya tenia una base de madera, y un circuito rectificador en la parte inferior de la base. El circuito rectificador costaba de un puente rectificador que rectificaba la corriente alterna y un capacitor que actuaba como filtro para transformar la tensión continua pulsante en tensión continua pura. Lastimosamente ya no tengo imágenes de nuestro transformador terminado . Aunque creo que ya cumplí con el objetivo del post. En fin, eso es todo por ahora y perdón si no quedo del todo claro lo expuesto aquí. Cualquier duda que surja, en los comentarios tratare de aclararlos de la mejor manera posible.