Simulación 3D de Interacciones Cuánticas y Electromagnéticas (I)
Simulación 3D de Interacciones Cuánticas y Electromagnéticas (I)
Embedded Files
Introducción
Introducción
Este documento describe una simulación computacional que modela la interacción de partículas subatómicas, incluyendo protones, electrones y neutrones, utilizando principios de la física cuántica y la electrostática clásica. La simulación busca explorar la dinámica de cargas en un entorno tridimensional, evaluando las fuerzas electromagnéticas y su influencia en el movimiento de las partículas.
Fundamentos teóricos del simulador
Fundamentos teóricos del simulador
Fuerza de Coulomb
Fuerza de Coulomb
La interacción electromagnética entre partículas cargadas se rige por la ley de Coulomb:
Donde:
F es la magnitud de la fuerza electrostática,
K es la constante de Coulomb,
q1 Y q2 son las cargas de las partículas,
r es la distancia entre ellas.
Modelado de Partículas
Modelado de Partículas
Las partículas en la simulación tienen propiedades asignadas que incluyen carga eléctrica y tipo (protón, electrón o neutrón). Cada tipo de partícula influye en la simulación de la siguiente manera:
Colores de las partículas
Colores de las partículas
Los colores representan lo siguiente:
Electrones (azules): Representan partículas con carga negativa. Interactúan con protones bajo atracción y se repelen entre sí.
Protones (rojos): Experimentan repulsión con otros protones y atracción con electrones.
Neutrones (verdes): No experimentan fuerzas electrostáticas significativas pero pueden influenciar dinámicas por dispersión inelástica.
Influencia Cuántica
Influencia Cuántica
Si bien el modelo está basado en la electrostática clásica, en un sistema cuántico real la interacción entre partículas subatómicas es más compleja. Factores como la cromodinámica cuántica (QCD) afectan la estabilidad de los núcleos atómicos y la interacción entre protones y neutrones.
Implementación y Algoritmo
Implementación y Algoritmo
Cálculo de Fuerzas
Cálculo de Fuerzas
Para cada partícula en la simulación, se calculan las fuerzas netas ejercidas por todas las demás partículas. Este enfoque, aunque computacionalmente costoso O(n2) con operaciones, permite evaluar la evolución dinámica del sistema.
Movimiento de Partículas
Movimiento de Partículas
Las partículas se mueven en respuesta a las fuerzas netas aplicadas. La aceleración se calcula mediante la segunda ley de Newton:
F=ma
Dónde m es la masa de la partícula y a su aceleración. La velocidad se actualiza utilizando una integración explícita de Euler:
Esto permite modelar con precisión el comportamiento dinámico de las partículas bajo la influencia de la fuerza de Coulomb.
Conclusiones y Aplicaciones
Conclusiones y Aplicaciones
Este modelo proporciona una base para la simulación de sistemas de partículas cargadas, permitiendo estudiar interacciones fundamentales de la materia. Aunque basado en principios clásicos, este enfoque puede ser extendido para incluir efectos cuánticos adicionales, como el intercambio de fotones virtuales en la electrodinámica cuántica (QED).
Google Sites
Report abuse