Introducción#

Apuntes de la asignatura Física Nuclear y de Partículas (sección de Partículas) del grado de Física de la Universidade de Santiago de Compostela

Autor: José Ángel Hernando Morata

Correo electrónico: jose.hernando@usc.es

Versión: Octubre 2026


Sobre la asignatura#

Esta asignatura es una introducción a la Física de Partículas, cuyo objetivo es presentar una visión actual de las partículas fundamentales, las fuerzas que median entre ellas y sus características principales.

Los apuntes se organizan en cinco temas:

  1. Introducción: la temática de la Física de Partículas, su lenguaje y sus observables.

  2. Perspectivas: experimental y teórica: cómo se mide un observable (aceleradores, detectores, análisis) y cómo se calcula (ecuación de Dirac, simetría gauge, diagramas de Feynman).

  3. Leptones: la mano izquierda de la Naturaleza: los leptones, la interacción débil, la violación de la paridad y los neutrinos.

  4. Quarks y hadrones: el color que no se ve: los quarks, el color, el confinamiento, los hadrones y la mezcla de los quarks (la matriz CKM).

  5. El Modelo Estándar: el vacío no está vacío: las corrientes neutras, la resonancia del \(Z\) y el bosón de Higgs.

Se precisa un conocimiento previo de la cinemática relativista y de los conceptos básicos de Física Nuclear. También es conveniente conocer la ecuación de Dirac y una introducción a la Teoría Cuántica de Campos.

Los apuntes se complementan con extensiones, que desarrollan con más detalle algunos puntos de los capítulos y presentan de forma breve algunos fundamentos matemáticos, y con boletines de ejercicios resueltos.

Estos apuntes son una recopilación de muy diversas fuentes, pero principalmente de los libros de M. Thomson y A. Bettini.


Cómo leer estos apuntes#

Además del texto principal, los capítulos usan unos pocos elementos, siempre con la misma marca:

elemento

marca

qué es

Taller

[>]

un ejercicio para hacer tú, en una caja; muchos llevan código que se ejecuta en el notebook

Solución

desplegable «Solución»

la respuesta del taller, plegada: ábrela después de intentarlo

Ficha

[i] Ficha, desplegable

un recordatorio o una definición al margen (notación, unidades, tablas de consulta); se abre si hace falta y no interrumpe el hilo

Mirador

[+] Mirador

una mirada más allá del hilo: adelantos de otros temas, conexiones con física de más nivel o con preguntas abiertas. Si es un párrafo, va en cursiva; si es más largo, va en un desplegable «[+] Mirador — título». Se puede saltar sin perder el hilo

Cita

bloque sangrado con autor y obra

palabras textuales de quienes hicieron la física

¿Qué ves?

en negrita, tras una figura o una tabla

la lectura guiada de lo que se acaba de mostrar

Lo que en clase se afirma sin demostrar se desarrolla en las extensiones: al final de la celda correspondiente hay un enlace del tipo «Ver ext-dirac, sección 3.3». Las referencias entre corchetes, como [MT4.6], remiten a la bibliografía (aquí, Thomson, sección 4.6).


Contenido#

El libro son los capítulos: los cinco temas de la asignatura, que se leen en orden y son lo que se da en clase.

Detrás van los anexos, que no hace falta leer para seguir el curso:

  • Extensiones: el desarrollo matemático de lo que los capítulos afirman sin demostrar (deducciones completas, analogías, simulaciones). Desde los capítulos se llega a ellas por los enlaces «Ver ext-…, sección…».

  • Boletines: los ejercicios de cada capítulo, resueltos en notebooks.

Publicado

  • Capítulos 1–5: Introducción a la Física de Partículas; Perspectivas: experimental y teórica; Leptones: la mano izquierda de la Naturaleza; Quarks y hadrones: el color que no se ve; El Modelo Estándar: el vacío no está vacío

  • Anexos, extensiones: Cinemática relativista y espacio fásico; La ecuación de Dirac; La quiralidad; Las simetrías internas; Diagramas de Feynman y propagadores; El Modelo Estándar

  • Anexos, boletines: ¿Se desintegra el protón? El límite de Super-Kamiokande (versión simple); boletín I, cinemática relativista; boletín II, observables, y su ejercicio guiado, \(H \to 4\) leptones con los datos abiertos de CMS (todos con soluciones)

En preparación

  • Anexos, boletines: boletín III, la perspectiva experimental (aceleradores, interacción con la materia, detectores y del dato al resultado)


Bibliografía recomendada#

  • [AB] A. Bettini, Introduction to Elementary Particle Physics, Cambridge University Press.

  • [MT] M. Thomson, Modern Particle Physics, Cambridge University Press.

  • [BM] B. R. Martin, Nuclear and Particle Physics: An Introduction, Wiley.

  • [DP] D. H. Perkins, Introduction to High Energy Physics, Cambridge University Press.

  • [AFS] A. Ferrer Soria, Física Nuclear y de Partículas, Publicacions de la Universitat de València.

  • [PDG] Particle Data Group, Review of Particle Physics.