Línea de tiempo sobre física de las partículas

 

Los griegos aportaron mucho al mundo de la física, desarrollando las bases de los principios fundamentales modernos, tales como la conservación de la masa, la teoría atómica, y otros semejantes. En los siglos siguientes al período griego, ocurrieron muy pocos desarrollos nuevos.

Cuando la intensa fuerza intelectual del Renacimiento ingresó en el campo de la física, Copérnico y otros grandes pensadores, comenzaron a descartar las ideas de los griegos en favor de nuevas ideas basadas en métodos empíricos.

Debido a que con las teorías de Copérnico terminó la vieja era del conocimiento científica y comenzó la nueva revolución científica, es adecuado incluirlo con los pensadores antiguos.

624-547 a. de C.

Thales de Mileto postula que el agua es la sustancia básica de la Tierra. También estaba enterado de la fuerza de atracción entre imanes y del efecto en el ámbar, al frotarlo.

580-500 a. de C.

Pitágoras sostuvo que la Tierra era esférica. Buscó una comprensión matemática del universo.

500-428 a. de C., 484-424 a. de C.

Anaxágoras y Empédocles. Anaxágoras desafió la afirmación de los griegos, sobre la creación y destrucción de la materia, enseñando que los cambios en la materia se deben a diferentes ordenamientos de partículas indivisibles (sus enseñanzas fueron un antecedente para la ley de conservación de la masa). Empédocles redujo estas partes indivisibles a cuatro elementos: tierra, aire, fuego, y agua.

460-370 a. de C.

Demócrito desarrolló la teoría de que el universo está formado por espacio vacío y un número (casi) infinito de partículas invisibles , que se diferencian unas de otras en su forma, posición, y disposición. Toda la materia está hecha de partículas indivisibles llamadas átomos.

384-322 a. de C.

Aristóteles formalizó la recopilación del conocimiento científico. Si bien es dificultoso señalar como suya una teoría en particular, el resultado global de esta compilación de conocimientos fue proveer las bases fundamentales de la ciencia por unos mil años.

310-230 a. de C.

Aristarchus describe una cosmología idéntica a la propuesta por Copérnico 2,000 años más tarde. Sin embargo, dado el gran prestigio de Aristóteles, el modelo heliocéntrico de Aristarchus fue rechazado en favor del modelo geocéntrico.

287-212 a. de C.

A rquímedes fue un gran pionero en física teórica. Proporcionó los fundamentos de la hidrostática.

70-147

Ptolomeo de Alejandría recogió los conocimientos ópticos de su época. También inventó una compleja teoría del movimiento planetario.

~1000 

Alhazen, un árabe, produjo 7 libros sobre óptica.

1214 - 1294 

Roger Bacon enseñó que para aprender los secretos de la naturaleza, primero debemos observar. Por lo tanto indicó el método con el cual la gente puede desarrollar teorías deductivas, usando las evidencias del mundo natural.

1473 - 1543 

Nicolás Copérnico impulsó la teoría de que la Tierra gira alrededor del sol. Este modelo heliocéntrico fue revolucionario porque desafió el dogma vigente, a causa de la autoridad científica de Aristóteles, y causó una completa conmoción científica y filosófica.

 

Luego de la revolución de Copérnico, se hizo evidente que las teorías científicas no debían ser aceptadas sin investigaciones rigurosas. Las comunicaciones entre los científicos crecieron y surgieron nuevos descubrimientos.

1564 - 1642

Galileo Galilei es considerado por muchos como el padre de la física moderna, por su preocupación por reemplazar los viejos postulados, en favor de teorías nuevas, deducidas científicamente. Es famoso por sus teorías sobre la mecánica celeste, y sus trabajos en el área de la mecánica, que le abrieron camino a Newton.

1546 - 1601,
1571 - 1630

Tycho Brahe y Johannes Kepler. Los datos de los movimientos de objetos celestes muy exactos de Brahe, le permitieron a Kepler desarrollar su teoría del movimiento planetario elíptico, y proporcionaron una evidencia para el sistema Copernicano. Además, Kepler escribió una descripción cualitativa de la gravitación.

1642 - 1727

Sir Isaac Newton desarrolló las leyes de la mecánica (la ahora llamada mecánica clásica), que explican el movimiento de los objetos en forma matemática.

1773 - 1829

Thomas Young desarrolló la teoría ondulatoria de la luz y describió la interferencia de la luz.

1791 - 1867

Michael Faraday creó el motor eléctrico, y fue capaz de explicar la inducción electromagnética, que proporciona la primera evidencia de que la electricidad y el magnetismo están relacionados. También descubrió la electrólisis y describió la ley de conservación de la energía.

1799 - 1878

Las investigaciones de Joesph Henry sobre inducción electromagnética, fueron realizadas al mismo tiempo que las de Faraday. Él construyó el primer motor; su trabajo con el electromagnetismo condujo directamente al desarrollo del telégrafo.

1873

James Clerk Maxwell realizó investigaciones importantes en tres áreas: visión en color, teoría molecular, y teoría electromagnética. Las ideas subyacentes en las teorías de Maxwell sobre el electromagnetismo, describen la propagación de las ondas de luz en el vacío.

1874

George Stoney desarrolló una teoría del electrón y estimó su masa.

1895

Wilhelm Röntgen descubrió los rayos x.

1898

Marie y Pierre Curie separaron los elementos radioactivos.

1898

Joseph Thompson midió el electrón, y desarrolló su modelo "de la torta con pasas" del átomo -- dice que el átomo es una esfera con carga positiva uniformemente distribuida, con pequeños electrones negativos como pasas adentro.

 

A comienzos del siglo veinte, los científicos pensaban que habían logrado comprender la mayoría de los principios fundamentales de la naturaleza. Los átomos eran los bloques constructivos sólidos de la naturaleza; la gente creía en las leyes Newtonianas del movimiento; y la mayoría de los problemas parecían estar resueltos. Sin embargo, comenzando con la teoría de la relatividad de Einstein, que modifica la mecánica de Newton, los científicos gradualmente se dieron cuenta de que su conocimiento estaba lejos de ser completo. El creciente campo de la mecánica cuántica era de particular interés; la mecánica cuántica alteró completamente los conceptos fundamentales de la física.

1900

Max Planck sugirió que la radiación está cuantificada (aparece en cantidades discretas.)

1905

Albert Einstein, uno de los pocos científicos que tomó en serio las ideas de Planck; propuso un cuanto de luz (el fotón) que se comporta como una partícula. Las otras teorías de Einstein explicaron la equivalencia entre la masa y la energía, la dualidad partícula-onda de los fotones, el principio de equivalencia, y especialmente la relatividad.

1909

Hans Geiger y Ernest Marsden, bajo la supervisión de Ernest Rutherford, dispersaron partículas alfa mediante una hoja de oro y observaron grandes ángulos de dispersión; sugirieron que los átomos tienen un núcleo pequeño y denso, cargado positivamente.

1911

Ernest Rutherford infirió la existencia del núcleo como resultado de la dispersión de las partículas alfa en el experimento realizado por Hans Geiger y Ernest Marsden.

1912

Albert Einstein explicó la curvatura del espacio-tiempo.

1913

Niels Bohr tuvo éxito al construir una teoría de la estructura atómica, basándose en ideas cuánticas.

1919

Ernest Rutherford encontró la primer evidencia de un protón.

1921

James Chadwick y E.S. Bieler concluyeron que alguna fuerzas fuerte tiene que mantener unido el núcleo.

1923

Arthur Compton descubrió la naturaleza cuántica (partícula) de los rayos x, confirmando de este modo al fotón como partícula.

1924

Louis de Broglie propuso que la materia tiene propiedades ondulatorias.

1925 (Enero)

Wolfgang Pauli formuló el principio de exclusión para los electrones de un átomo.

1925 (Abril)

Walther Bothe y Hans Geiger demostraron que la energía y la masa se conservan en los procesos atómicos.

1926

Erwin Schroedinger desarrolló la mecánica ondulatoria, que describe el comportamiento de sistemas cuánticos constituidos por bosones. Max Born le dio una interpretación probabilística a la mecánica cuántica. G.N. Lewis propuso el nombre de "fotón" para el cuanto de luz.

1927

Se observó que ciertos materiales emiten electrones (decaimiento beta). Dado que ambos, el átomo y el núcleo, tienen niveles discretos de energía, es difícil entender por qué los electrones producidos en esta transición, pueden tener un espectro continuo (vea 1930 para tener una respuesta.)

1927

Werner Heisenberg formuló el principio de incerteza: cuanto más sabe usted sobre la energía de una partícula, menos sabrá sobre el tiempo en el que tiene esa energía (y viceversa.) La misma incertidumbre se aplica al ímpetu y la coordenada.

1928

Paul Dirac combinó la mecánica cuántica y la relatividad especial para describir al electrón.

1930

La mecánica cuántica y la relatividad especial están bien establecidas. Hay tres partículas fundamentales: protones, electrones, y fotones. Max Born, después de tomar conocimiento de la ecuación de Dirac, dijo, "La física, como la conocemos, será obsoleta en seis meses."

1930

Wolfgang Pauli sugirió el neutrino para explicar el espectro continuo de los electrones en el decaimiento beta.

1931

Paul Dirac comprendió que las partículas cargadas positivamente requeridas por su ecuación eran nuevos objetos (el los llamó "positrones"). Son exactamente como electrones, pero cargados positivamente. Este es el primer ejemplo de antipartículas.

1931

James Chadwick descubrió el neutrón. Los mecanismos de las uniones nucleares y los decaimientos se convirtieron en problemas principales.

1933-34

Enrico Fermi desarrolló una teoría del decaimiento beta, que introdujo las interacciones débiles. Ésta es la primera teoría que usa explícitamente los neutrinos y los cambios de sabor de las partículas.

1933-34

Hideki Yukawa combinó la relatividad y la teoría cuántica, para describir las interacciones nucleares sobre la base del intercambio, entre protones y neutrones, de nuevas partículas (mesones llamados "piones"). A partir del tamaño del núcleo, Yukawa concluyó que la masa de las supuestas partículas (mesones) es superior a la masa de 200 electrones. Éste es el comienzo de la teoría mesónica de las fuerzas nucleares.

1937

Una partícula con una masa de 200 electrones es descubierta en los rayos cósmicos. Mientras que al principio, los físicos pensaron que era el pión de Yukawa, se descubrió más tarde que era un muón.

1938

E.C.G. Stuckelberg observó que los protones y los neutrones no decaen hacia ninguna combinación de electrones, neutrinos, muones, o sus antipartículas. La estabilidad del protón no puede ser explicada en términos de conservación de energía o de carga; propuso la conservación independiente del número de partículas pesadas.

1941

C. Moller y Abraham Pais introdujeron el termino "nucleón" como un término genérico para los protones y los neutrones.

1946-47

Los físicos comprendieron que la partícula del rayo cósmico, que se pensaba que era el mesón de Yukawa, es en cambio un "muón", la primer partícula en ser encontrada, de las de la segunda generación de partículas materiales. Este descubrimiento fue completamente inesperado -- I.I. Rabi comentó "¿quién ordenó eto?" El término "leptón" se introdujo para describir objetos que no interactúan demasiado fuerte (los electrones y los muones son leptones).

1947

En los rayos cósmicos es encontrado un mesón, que interactúa fuertemente, y se determina que es un pión.

1947

Los físicos desarrollan procedimientos para calcular las propiedades electromagnéticas de los electrones, positrones, y fotones. Introducción de los diagramas de Feynman.

1948

El sincro-ciclotrón de Berkeley produce los primeros piones artificiales.

1949

Enrico Fermi y C.N. Yang sugieren que un pión es una estructura compuesta por un nucleón y un antinucleón. Esta idea de partículas compuestas es completamente revolucionaria.

1949

Descubrimiento de K+ vía sus decaimientos.

1950

Es descubierto el pión neutro.

1951

Se descubren dos nuevos tipos de partículas en los rayos cósmicos. Son descubiertas mientras se observan unas trazas en forma de V; se las descubre al reconstruir los objetos eléctricamente neutros, que tenían que haber decaído, para producir los dos objetos cargados, que dejaron las trazas. Las partículas fueron llamadas la lambda0 y la K0.

1952

Descubrimiento de la partícula delta: eran cuatro partículas similares (delta++, delta+, delta0, y delta-.)

1952

Donald Glaser inventó la cámara burbuja. Comienza a operar el Cosmotrón de Brookhaven , un acelerador de 1.3 GeV.

1953

El comienzo de la "explosión del número de partículas"-- una verdadera proliferación de partículas.

1953 - 57

La dispersión de electrones por un núcleo, revela una distribución de la densidad de carga dentro de los protones, y neutrones. La descripción de esta estructura electromagnética de los protones y neutrones, sugiere cierta estructura interna en estos objetos; a pesar de eso se los sigue considerando como partículas fundamentales.

1954

C.N. Yang y Robert Mills desarrollan un nuevo tipo de teoría, llamada "teorías de calibre (o de Gauge)." Aunque no fueron aceptadas en ese momento, este tipo de teorías constituyen actualmente la base del Modelo Standard.

1957

Julian Schwinger escribe un trabajo proponiendo la unificación de las interacciones débiles y electromagnéticas.

1957-59

Julian Schwinger, Sidney Bludman, y Sheldon Glashow, en trabajos separados, sugieren que todas las interacciones débiles son mediadas por bosones pesados cargados, más tarde llamados W+ y W-. Realmente, Yukawa fue el primero que discutió el intercambio de bosones veinte años antes, pero él había propuesto al pión como mediador de las fuerzas débiles.

1961

A medida que el número de partículas conocidas se incrementaba, el grupo SU(3), un esquema de clasificación matemático para organizar las partículas, ayudó a los físicos a reconocer patrones en los tipos de partículas.

1962

Los experimentos verificaron que existen dos tipos distintos de neutrinos (neutrinos electrón y neutrinos muón). Esto ya había sido inferido, por consideraciones teóricas.

 

A mediados de los 60, los físicos comprendieron que sus ideas previas, en las que toda la materia estaba compuesta de protones, neutrones, y electrones, como partículas fundamentales, era insuficientes para explicar las nuevas partículas que se estaban descubriendo. La teoría de los quarks, de Gell-Mann y Zweig solucionó estos problemas. Durante los últimos treinta años, la teoría que hoy se conoce como el Modelo Standard de las Partículas e Interacciones, ha crecido gradualmente y han ganado aceptación, a partir de las nuevas evidencias proporcionadas por los aceleradores de partículas.

1964

Murray Gell-Mann y George Zweig introdujeron la idea tentativa de los quarks. Sugirieron que los mesones y los bariones están compuestos por quarks o antiquarks de tres tipos, llamados up, down y strange (u, d, s), con spin 1/2 y cargas eléctricas 2/3, -1/3, -1/3, respectivamente (resulta que esta teoría no es completamente exacta). Ya que estas cargas nunca han sido observadas, la introducción de los quarks fue tratada como una explicación matemática de los patrones de sabor, seguidos por las masas de las partículas, más que como un postulado de existencia de objetos físicos reales. Más tarde, los desarrollos teóricos y experimentales, nos permitieron considerar a los quarks como objetos físicos reales, aunque no puedan ser aislados.

1964

Ya que los leptones tenían cierto patrón, varios trabajos sugirieron la existencia de un cuarto quark, con otro sabor, para que el patrón de los quarks sea similar al de los leptones; actualmente los sabores se llaman generaciones de materia. Muy pocos físicos tomaron seriamente esta sugerencia en ese momento. Sheldon Glashow y James Bjorken acuñaron el término "charm" (encanto) para el cuarto (c) quark.

1965

O.W. Greenberg, M.Y. Han, y Yoichiro Nambu introdujeron la propiedad de carga de color del quark. Todos los hadrones observados son de color neutro.

...1966...

El modelo del quark es aceptado en forma relativamente lenta, debido a que los quarks no han sido observados.

1967

Steven Weinberg y Abdus Salam separadamente propusieron una teoría que unifica las interacciones electromagnéticas y débiles formando la interacción electrodébil. Sus teorías requieren la existencia de un bosón neutro, que interactúa en forma débil (ahora llamado el Z0)y que sea el mediador de la interacción débil; ese bosón no había sido observado aún en aquel tiempo. Ellos también predijeron la existencia de un bosón, masivo, adicional, llamado el bosón de Higgs que no ha sido aún observado hoy día.

1968-69

En el Acelerador Lineal de Stanford, en un experimento en el cual se hace que los electrones sean dispersados por protones, los electrones parecen "rebotar" contra un pequeño centro duro dentro del protón. James Bjorken y Richard Feynman analizaron estos datos en términos de un modelo de partículas constituyentes dentro del protón (ellos no usaron el nombre "quark" para los constituyentes, aunque igualmente este experimento proporcionó evidencia para los quarks.)

1970

Sheldon Glashow, John Iliopoulos, y Luciano Maiani reconocieron la importancia crítica de un cuarto tipo de quark en el contexto del Modelo Standard. Un cuarto quark permite una teoría que tiene interacciones débiles mediadas por un Z0, con cambio de sabor.

1973

Donald Perkins, estimulado por una predicción del Modelo Standard, volvió a analizar algunos datos viejos del CERN y encontró indicadores de interacciones débiles sin intercambio de carga de color (debida al intercambio de un Z0.)

1973

Fue formulada una teoría cuántica de campos, para las interacciones fuertes. Esta teoría de quarks y gluones (que ahora es parte del Modelo Standard) es similar, en su estructura, a la electrodinámica cuántica (QED), pero dado que las interacciones fuertes actúan sobre las cargas de color, esta teoría se llama cromodinámica cuántica (QCD). Los quarks están destinados a ser partículas reales, con una carga de color. Los gluones son los cuantos, sin masa, del campo de las interacciones fuertes. Esta teoría de interacciones fuertes fue primero sugerida por Harald Fritzsch y Murray Gell-Mann.

1973

David Politzer, David Gross, y Frank Wilczek descubrieron que la teoría de color de las interacciones fuertes tiene una propiedad especial, hoy llamada "libertad asintótica." Esta propiedad es necesaria para describir los datos de 1968-69 en relación con el protón.

1974

En una conferencia, John Iliopoulos presentó, por primera vez en un único reporte, la visión de la física ahora llamada el Modelo Standard. Si Usted quiere entender los distintos aspectos del Modelo Standard, por favor explore la ruta del Modelo Standard.

1974 (Nov.)

Burton Richter y Samuel Ting, liderando experimentos independientes, anunciaron el mismo día su descubrimiento de la misma nueva partícula. Ting y sus colaboradores en Brookhaven llamaron a esta partícula la partícula "J", mientras que Richter y sus colaboradores en SLAC llamaron a esta partícula la partícula psi. Ya que los descubrimientos tuvieron igual importancia, la partícula es conocida comúnmente como la partícula J/psi. La partícula J/psi es un mesón charm-anticharm.

1976

Gerson Goldhaber y Francois Pierre encontraron el mesón D0 (y los quarks antiup y charm). Las predicciones teóricas concordaron dramáticamente con los resultados experimentales, ofreciendo un fuerte soporte al Modelo Standard.

1976

El leptón tau fue descubierto por Martin Perl y sus colaboradores en SLAC. Ya que este leptón es la primer partícula registrada de la tercera generación, fue completamente inesperado.

1977

Leon Lederman y sus colaboradores en el Fermilab descubrieron sin embargo otro quark (y su antiquark). Este quark fue llamado el quark "bottom". Ya que los físicos se imaginaban que los quarks venían en pares, este descubrimiento incentivó la búsqueda del sexto quark -- "top."

1978

Charles Prescott y Richard Taylor observaron una interacción débil mediada por un Z0, en la dispersión por deuterio, de electrones polarizados, en la que aparece una violación de la conservación frente a paridad, como lo predijo el Modelo Standard y confirmando así la predicción teórica.

1979

Se encuentra en PETRA una fuerte evidencia de un gluón radiado por un quark o antiquark iniciales. PETRA es una facilidad de colisión de haces del laboratorio DESY en Hamburgo.

1983

Los bosones intermediarios, W± y el Z0, requeridos por la teoría electrodébil, son observados en dos experimentos que usan el sincrotrón del CERN y que emplean las técnicas desarrolladas por Carlo Rubbia y Simon Van der Meer para colisionar protones y antiprotones.

1989

Los experimentos llevados a cabo en SLAC y en CERN sugirieron fuertemente que hay tres y sólo tres generaciones de partículas fundamentales. Esto se infiere de la observación que el tiempo de vida del bosón Z0-, sólo es consistente con la existencia de exactamente tres neutrinos muy livianos (o sin masa).

1995

Después de dieciocho años de búsqueda en muchos aceleradores, los experimentos CDF y D0 en el Fermilab descubrieron el quark top con una masa inesperada de 175 GeV. Nadie entiende por qué la masa es tan diferente de la de los otros cinco quarks.

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