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El "programa mínimo"

Si hablamos con profesores de Enseñanza Secundaria en España o consultamos los libros de texto, bien nos puede dar la impresión de que la física quedó cerrada, si hay suerte, en los años 1930, cuando se sabía que los átomos estaban compuestos por electrones, protones y neutrones (es verdad que para ciertos propósitos se puede ignorar que protones y neutrones no son elementales, pero lo que afirmo más arriba sigue siendo cierto):

Sin embargo, justo antes se había citado el experimento de Rutherford (que aparece en la gran mayoría de los textos), un experimento de dispersión de partículas que tiene muchísimos puntos en común con los que confirmaron ¡hace ya unos cuarenta años! que los protones no son elementales...

Además, esto (como tantas otras cosas en otros tantos campos) nos servirá para mostrar que la física está viva puesto que lanzar partículas contra un blanco y ver lo que pasa sigue siendo uno de los métodos que se usan para profundizar en la estructura de la materia (ver por ejemplo esta noticia de mayo 2012 en la que se explica cómo el experimento ATLAS del LHC busca una posible subestructura de los quarks).

 

Por supuesto que no es lo mismo y que hay letra pequeña (que aquí se explica muy bien): La dispersión de Rutherford es elástica y se pude comprender mediante esta analogía mecánica (de nuestra web complementaria "Viaje al corazón de la materia") que propongo y he usado desde el primer ciclo de E.S.O. (12 - 13 años). Por otro lado, la dispersión en el experimento de Kendall, Friedman y Taylor y en los del LHC tiene también una componente inelástica, justo la que más interesa en ellos, en la que aparecen nuevas partículas.

Pero eso, lejos de ser un inconveniente, es una oportunidad. Que la conversión de energía de las partículas de una colisión en nuevas partículas no haya entrado plenamente en la enseñanza secundaria (española) es un escándalo.

Un buen recurso para presentarlo en el aula es la fotografía de la izquierda, obtenida en una cámara de burbujas de hidrógeno (cortesía del CERN). Se pueden observar las trazas de colisiones elásticas (marcadas "bolas de billar") e inelásticas (punto "A"). Mi defensa del uso de imágenes de cámaras de burbujas para introducir la física de altas energías está aquí

El "Proyecto de Educación sobre Física Contemporánea", responsable de La aventura de las partículas ha desarrollado una serie de actividades apropiadas para la enseñanza secundaria.

EN RESUMEN: El "programa mínimo"

Para introducir a lo largo de la Enseñanza Secundaria Obligatoria (12 - 15 años)

  • Uno de los principales métodos de investigar la estructura íntima de la materia es la dispersión de partículas; hacer chocar partículas contra un blanco (que pueden ser otras partículas).
  • Así se ha llegado a la lista de partículas elementales del modelo estándar, que son la mejor explicación que tenemos para la composición de la materia y la radiación así como para las interacciones entre partículas. Se sigue empleando el método para buscar una posible estructura más profunda.
  • Al aumentar la energía en los experimentos de dispersión se observa la conversión de la energía de las partículas que colisionan en nuevas partículas (que no estaban escondidas en las primeras y cuya masa puede ser mayor que la inicial).

Para finalizar, por ahora, se incluye una presentación que hice en mayo de 2012 en el I. E. S. "Ciudad de los Poetas" de Madrid que trata de presentar a los alumnos alguna de las ideas anteriores:

Open publication - Free publishing - More atomos    ( algunos navegadores pueden tener problemas con esta animación flash, en tal caso, ver la versión en formato pdf)

 

Las referencias al CIEMAT se deben a que el Instituto está bastante cerca y una de las maneras de mostrar a los alumnos que la física está viva es hacer que conozcan los centros de investigación "locales".

Al final se ven imágenes de un vídeo (está completo en Sixty Symbols, The University of Nottingham) en el que el físico teórico Ed Copeland visita por primera vez el experimento CMS del LHC. merece ver qué cara pone...