“La particula de Dios”

EL BOSON DE HIGGS

Dionicio Cubulè BochCarne: 201214087

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IndiceEL BOSON DE HIGGS1

Indice2

Introducciòn3

Contenido4

FINALFINAL5

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Introducciòn

El boson de Higgs, es una de las particulas, de la que se compone la materia, para comprender mejor veremos conceptos que nos llevaran por el mundo de la materia, en donde el espacio, y nosotros, somos parte de ella.

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Es el atomo fundamental

Alrededor de 1900, la gente pensaba que los átomos eran pequeñas bolitas .

•Los atomos son categorizados de acuerdo a las similitudes en sus propiedades químicas (como se hace en una tabla periódica), sugiere que los átomos no son fundamentales.

•Experimentos realizados usando partículas como sondas, que "miraron" dentro del átomo, indicaron que los átomos tienen estructura y no son sólo bolitas permeables.

•Estos experimentos ayudaron a los científicos a determinar que los átomos tenían un núcleo positivo, denso y una nube de electrones (e).

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Es el nucleo Fundamental

Muchos años más tarde, los científicos descubrieron que el núcleo está compuesto de protones (p) y neutrones (n).

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e Son fundamentales los protones y

neutrones

Resulta que incluso los protones y los neutrones no son fundamentales -- están compuestos por partículas más fundamentales llamadas quarks.

Los físicos ahora creen que los quarks y los electrones SON fundamentales. (Esta es una pregunta que sólo puede responderse en forma experimental.)

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El modelo atómico distorsionado (animado)

Un modelo de átomo muy distorsionado.

Si esta figura estuviera dibujada a escala, con los protones y neutrones 1 centímetro de diámetro, entonces los electrones y los quarks serían más pequeños que el diámetro de un pelo y el diámetro del átomo entero sería más grande que el largo de 30 campos de fútbol.

Y todas estas partículas están constantemente en movimiento.

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Los quarks y la escala de las cosas

PROTONES YNEUTRONES

ELECTRONES

QUARKS

Son mas pequeños

que 10 a la (-18)

metros, es posible que no tengan volumen

Es posible que no sean fundamentales sino que esten compuestos por otras particulas mas fundamentales

Estan compuestos por Quarks queestan compuestos posiblemente porpartículas mas fundamentales

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Las partículas fundamentales

Los físicos buscan partículas no

descubiertas para tratar de

comprender como funciona el

universo. Y siempre se preguntan si,

tanto las nuevas partículas como las

partículas ya conocidas, serán

verdaderamente fundamentales.

Los físicos han descubierto cerca de 200 partículas (muchas de las cuales no son fundamentales). Son nombradas con letras de los alfabetos romano y griego.

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El Modelo Standard

LAS IDEASBASICAS SON

.Partículas portadoras de fuerza: Cada tipo de fuerza fundamental es "transportada" por una partícula portadora de fuerza (el fotón es un ejemplo).

Partículas materiales la mayoría de las partículas están compuestas en realidad de partículas más fundamentales llamadas quarks. Hay otra clase de partículas fundamentales llamadas leptones (el electrón es un ejemplo).

Los físicos han desarrollado una teoría llamada el Modelo Standard, que intenta describir toda la materia y todas las fuerzas existentes en el universo (excepto la gravedad). Justifica la existencia de cientos de partículas e interacciones complejas, sobre la base de sólo unas pocas partículas e interacciones fundamentales.

Esto quiere decir que hay dos clases de

partículas ahhhh.

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Un resumen del Modelo Standard

Lo que hace que el Modelo Standard sea tan amplio es el hecho que todas las partículas observadas pueden ser explicadas con: 6 tipos de leptones

6 tipos de quarks, y... partículas portadoras de fuerza El resto de esta sección le explicará estas partículas.

Para cada una de las partículas materiales, hay una partícula correspondiente de antimateria.

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LEPTONES

MUON

neutrino

Text

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Text

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ELECTRON

TAU

neutrino

neutrino

Hay seis leptones; tres de ellos tienen carga eléctrica y los otros tres no. Los leptones cargados son todos negativos. En el diagrama los tres leptones grandes con carga eléctrica , cada uno por un leptón huidizo llamado neutrino sin carga, cada leptón tiene una partícula antimateria (anti leptón) de igual masa pero que tiene una carga eléctrica opuesta.

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Leptones solitarios

Los leptones, pueden existir sin necesidad de la compañía de otras partículas. Los quarks, en cambio, sólo se encuentran en grupos. Hasta este momento no hay evidencias de que los leptones tengan alguna estructura interna o tamaño.

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QUARKS

STRANGE

CHARM

BOTTOM

TOP

DOWN

QUARKSLos primeros tienen valor de 2/3 UP, TOP

Y BOTTOM los de abajo tienen valor

de -1/3

Text Text

UP

Hay seis quarks, pero los físicos hablan usualmente de tres pares de quarks, estos tienen una característica inusual de tener carga eléctrica fraccionaria, de valor 2/3 ó -1/3, a diferencia de la carga del electrón -1 y protón +1. Para cada uno de estos quarks hay un correspondiente quark de antimateria o antiquark.

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Hadrones: sociedades de Quarks

Hay dos clases de hadrones

.

Los bariones son los hadrones constituidos por tres quarks (qqq). Por ejemplo, los protones son 2 quarks up y 1 quark down (uud) y los neutrones son 1 up y 2 down (udd).

Los mesones contienen un quark ( ) y un antiquark ( ). Por ejemplo, un pión negativo ( ) es ( )

Los quarks sólo existen agrupados con otros quarks. Los quarks individuales tienen cargas eléctricas fraccionarias, no son observadas directamente porque estos nunca estan solos, por el contrario, los quarks forman partículas compuestas llamadas hadrones. La suma de las cargas eléctricas de los quarks, constituyen un hadrón, siempre es un número entero. Los quarks individuales llevan carga de color, los hadrones son de color neutro.

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Las Generaciones de la Materia Los quarks como los leptones están clasificados en 3 conjuntos. A cada

uno de estos conjuntos se le denomina una generacion. Una generación es un grupo formado por un quark y un leptón de cada uno de los tipos de carga. Cada generación es más pesada que la generación previa. Toda la materia en el universo está formada por partículas de la primera generación: quarks up y down, y electrones. Las partículas de la segunda y tercera generaciones son inestables y decaen hacia partículas de la primera generación. Esta es la razón por la cual toda la materia estable en el universo está constituida por partículas de la primera generación.

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Por qué existen generaciones de materia?

Surge la pregunta: si nosotros casi nunca observamos las generaciones más pesadas de las partículas materiales en nuestro universo, por qué existen? Realmente cuando el �muón () fue descubierto en 1936, el físico I.I. Rabi preguntó,

Si no entendemos por qué existen la segunda y tercera generaciones de partículas, tampoco podemos desechar la posibilidad de que existan aún más quarks y leptones, con masas aún mayores

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Partículas materiales del Modelo Standard

Ya hemos discutido las partículas materiales descriptas por el Modelo Standard. En resumen...

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Qué mantiene unido el mundo?

Hemos contestado la pregunta " De �qué está hecho el mundo?"

QUARKS y LEPTONES Pero, ahora piense, �Qué lo mantiene unido?

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Las Cuatro Interacciones

FUERZAEl efecto que aparece sobre una partícula debido a la presencia de otra partícula.

INTERACCION.

Las fuerzas y los decaimientos que afectan a una partícula dada.

.Los dos términos son usados comúnmente pero los físicos prefieren la palabra "interacciones."

El universo existe debido a las partículas fundamentales que interactúan, ya sea porque decaen o se aniquilan, o bien porque responden a una fuerza por la presencia de otra partícula. Hay cuatro interacciones entre partículas, Se dan dos definiciones.

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Cómo interactúan las partículas de materia?

Lo que importunó a los físicos hace muchos años, es: " cómo interactúan entre sí las partículas de materia?" �Si usted toma dos imanes y acerca los polos norte de ambos, uno hacia el otro, los imanes se repelen mutuamente -- sin tocarse entre sí! Cómo es posible �ejercer una fuerza sobre una cosa sin tocarla? Es fácil de decir que, "los imanes tienen un campo de fuerza electromagnética,” cuál ES la fuerza que los imanes se �ejercen uno al otro?

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El efecto de lo invisible

Una pista importante acerca de la verdadera naturaleza de las fuerzas, provino de un cuidadoso estudio de las interacciones entre partículas materiales. Para hacer una analogía, imagine que usted vio lo siguiente:

Sucede que todas las interacciones (fuerzas), que afectan a las partículas materiales, son producidas por un intercambio de partículas portadoras de fuerza. Lo que nosotros comúnmente llamamos "fuerzas" son los efectos causados por las partículas portadoras de fuerzas sobre las partículas materiales.

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Pregunta sobre la atracción entre masas

Observemos estas fuerzas. �Qué fuerza hace que Usted

permanezca unido a la Tierra?

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Gravedad

La fuerza gravitacional es la fuerza más familiar para nosotros, pero no está incluída en el Modelo Standard, porque sus efectos son muy diminutos en los procesos entre partículas. Aún cuando la gravedad actúa sobre todas las cosas, es una fuerza muy débil, a menos que haya grandes masas involucradas.

No han descubierto la partícula portadora de la gravedad, predicen la existencia de esta partícula y la llaman el "gravitón."

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Electromagnetismo

La fuerza que ejerce el piso sobre nuestros pies, se deben en realidad a fuerzas electromagnéticas dentro de los materiales, que se oponen a que los átomos se desplacen.

Dos objetos cargados con cargas de signo opuesto, como ocurre por ejemplo con un protón y un electrón, se atraen entre sí, mientras que dos partículas con carga de igual signo se repelen entre sí.

La particula portadora de fuerza electromagnetica son los fotones.

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Electromagnetismo: La Gran Pregunta

�Qué hace que los átomos se unan para formar moléculas, si la mayoría de los átomos no tiene carga eléctrica?

Los átomos están hechos de componentes cargados. Las partes cargadas de un átomo pueden interactuar con las partes cargadas de otro átomo. Ésto permite que los diferentes átomos estén ligados por un efecto llamado fuerza electromagnética residual. Por lo tanto, la fuerza electromagnética es responsable de toda la química la biología, y la vida misma!.

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Las dos últimas interacciones

Existen otras dos interacciones, que nosotros no notamos, ya que su alcance no es mucho mayor que el tamaño del núcleo de un átomo. Nosotros dependemos de estas dos fuerzas para la existencia de la materia de la que está hecho el mundo, Y los procesos de decaimiento que hacen inestable cierto tipo de materia. Tienen impacto sobre los objetos más pequeños del universo pero también sobre los más grandes.

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La unión del núcleo

Qué mantiene unido al núcleo? Deberíamos esperar que el núcleo de un átomo explotara, debido a la repulsión electromagnética entre las cargas de los protones, que tienen el mismo signo. Los núcleos de la mayoría de los átomos son muy estables.

�Qué mecanismo provee la energía requerida para contrarrestar la repulsión electromagnética?

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La fuerza fuerte

La fuerza entre particulas

Los quarks ygluones

por su éxito al “pegar” los quarks entre si

Mantiene unidos a los quarks para formar hadrones, sus particulas son llamadas

Gluones

Fuerza fuerte

Carga de color

Tienen un tipo de carga que no es electromagnetica, llamada

Con cargas de color es muy fuerte y por eso se le llamo

La interacción fuerte

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Interacción fuerte residual

Aún no hemos contestado la pregunta, si la fuerza fuerte �sólo actúa para mantener unidos los quarks, qué mantiene unido el núcleo. Los hadrones están compuestos por quarks, cargados de diferentes colores, y así, los quarks con cargas de color de un protón pueden "pegarse" con quarks con cargas de color de otro protón, aunque los protones sean de color neutro. Ésto se llama interacción fuerte residual, y es suficientemente fuerte como para contrarrestar la repulsión electromagnética entre los protones. Esto es

lo que mantiene unido al nucleo

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La Interacción Débil

La interacciondebil

B

E

C

D

A

Son responsables que todos los

quarks y leptones mas

pesados decaigan

Para producir quarks y leptones mas livianos

Cuando una particula decae, ella desaparece

y en su lugar aparecen dos o mas particulas

Por eso la materia que nos rodea contiene solo

electrones y los dos quarks mas livianos

(up y down)

La suma de las masas de las particulas es

siempre menor que la masa original.

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Resumen de interacciones

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Clasificación de Partículas

Las partículas de materia y las partículas portadoras de fuerza, o partículas fundamentales. Hay una regla llamada el Principio de Exclusión de Pauli que establece que dos partículas en el mismo estado (idéntico spin, carga de color, momento angular, etc.) no pueden existir en el mismo lugar y al mismo tiempo.

Los físicos usan esta regla para separar las partículas en dos categorías; partículas que están sujetas a la exclusión de Pauli -- los fermiones, y partículas que no están sujetas a la exclusión de Pauli -- los bosones.

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De este momento angular

semientero, los fermiones

obedecen al principio de exclusion de

Pauli.

Son particulas que tienen un

momento angular intrinseco medido

en unidades de (spin), es igual a un numero impar de semienteros

½, 3/2,……

Quarks, leptones , la mayoria de

particulas compuestas como

protones y neutrones son

fermiones. Estas particulas no

pueden coexistir en una misma posicion.

Fermiones

Losfermiones

Como consecuencia

Las particulasfundamentales

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BOSONES

LOS SIGUENTES SONBOSONES

EL NUCLEO

LOS BOSONES

Los bosones son aquéllas partículas que tienen spin entero, medido en unidades de h-barra (spin = 0, 1, 2...).

• Las partículas portadoras de las interacciones fundamentales

• Las partículas compuestas por un número par de fermiones constituyentes (tales como los mesones)

El núcleo de un átomo es un fermión o un bosón, según la suma del número de protones y neutrones sea impar o par.

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Advertencia sobre los nombres fuerte bosón mesón encanto gluón hadrón fotón

quark barión Advertencia! Es importante comprender, que los nombres y

descripciones son una pequeña parte de cualquier teoría física. Al estudiar debe enfocar su atención hacia los conceptos y procesos, en lugar de memorizar listas de nombres y masas de partículas.

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Resumen del modelo Standard

Resumen del modelo

standard

B

E

C

D

A6 tipos de quarks

6 tipos de leptones

Las cuatro fuerzas

fundamentales cada una con su particula mediadora

No se sabe como hacer una teoria

cuantica de la gravitacion.

Incluye la teoria cuantica de las interacciones

fuertes y debiles unificadas.

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Más allá del Modelo Standard

El modelo standard explica muchas de las preguntas acerca de la estructura y la estabilidad de la materia. Sin embargo, el modelo standard es una teoría incompleta.

�Por qué hay tres generaciones de quarks y leptones?

Por qué no puede el modelo standard

predecir la masa de una partícula? �Los quarks y leptones son realmente

fundamentales, o están constituidos a su vez por partículas aún más fundamentales?

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eEl Modelo Standard no es suficiente

El Modelo Standard proporciona una descripción muy buena de los fenómenos observados en los experimentos, sin embargo todavía es una teoría incompleta. El problema es que el Modelo Standard no puede explicar la causa por la que existen algunas partículas, del modo en que lo hacen. En la vida de todos los días observamos sólo las partículas de la primera generación.

Por qué la naturaleza no "necesita" las otras dos generaciones?

up down Neutrinos e-

Electrones(e-)

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Qué hay de las masas?

El Modelo Standard es el hecho que, muchas interacciones fundamentales simplemente no son explicadas por la teoría. Cuál es la causa de la generación y distribución de la masa de las partículas?

Para explicar esta brecha en la teoría del Modelo Standard, los físicos han teorizado la existencia de una partícula llamada el bosón de Higgs. Esta partícula se supone que interactúa con otras partículas, y lo hacen de tal modo que las masas son generadas de manera apropiada. Los bosones de Higgs aún no han sido observados y ni se sabe su existencia.

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Teorías unificadas Una de las metas de la física es juntar teorías,

aparentemente no relacionadas, en una única teoría, unificada, Hoy en día, una de las mayores metas de los físicos de partículas, es unificar las interacciones fuertes, débiles, y electromagnéticas en una "Teoría Gran Unificada" (T.G.U.). Quizás tal teoría nos podrá contar a qué energías todas las fuerzas se fusionan en una. simple.

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Teoría Unificada de Todas las Interacciones

En los últimos años de su vida Einstein trató de escribir una teoría que unificara la gravedad con las otras teorías, pero no lo logró.

Quizás los físicos puedan en el futuro llevar a cabo el sueño de Einstein, de una teoría completamente unificada de todas las interacciones.

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Supersimetría

Muchos físicos han desarrollado teorías sobre la supersimetria, particularmente en el contexto de las Teorías de Gran Unificación,

La teoría supersimétrica postula que cada partícula que nosotros observamos tiene una partícula compañera, masiva, o "sombra". Por ejemplo, para cada quark habría un así llamado "squark".

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La materia oscura: una revolución Podemos inferir la existencia de esta "materia

oscura", un tipo de materia que no podemos ver, a partir de sus efectos gravitacionales. Hay abundante evidencia circunstancial de que gran parte de esta materia no está compuesta por protones, neutrones, y electrones, como nosotros lo estamos.

Materia oscura Materia no Oscura

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Bosón de Higgs

El bosón de Higgs o partícula de Higgs es una partícula elemental propuesta en el Modelo estándar de física de partículas. Recibe su nombre en honor a Peter Higgs quien, junto con otros, propuso en 1964, el hoy llamado mecanismo de Higgs, para explicar el origen de la masa de las partículas elementales.

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mecanismo de Higgs

INTERACCION

Los cuatro tipos de campos

cuánticos mediante los

cuales interactúan

las partículas

CAMPO

Representa la

distribución especial

de una magnitud

física.

VACIO

Ausencia total de

materia en los

elementos.

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Campo de Higgs

El Campo de Higgs es un campo cuántico, que, de acuerdo con

una hipótesis del modelo estándar de física de partículas

expuesta por el físico Peter Higgs.

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Mecanismo de Higgs

también llamado como el

mecanismo de Brout–Englert–

Higgs o mecanismo de Englert–Brout–

Higgs–Guralnik–Hagen–Kibble,1

es uno de los posibles

mecanismos para producir la ruptura

espontánea de simetría

electrodébil en una Teoría Gauge

invariante.

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Higgs el bosón es masivo

"una característica

esencial" de la teoría

es la predicción de múltiples

incompletos de bosones

escalares y vectoriales"

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Características

Su vida media es del orden del zeptosegundo. En algunas variantes del Modelo estándar puede haber varios bosones de Higgs.

SE DESINTEGRARAPIDAMENTE

ES MUYINESTABLE

NO TIENECARGA

ELECTRICAO DE COLOR

NO POSEEESPIN

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Si existiese el Boson y el Campo de Higgs

Que intenta La teoria Justifica

La existenciaDel boson de

higgs y su campo seria

el mas simple de

varios metodos del

modelo standard

Explicar la razon de la existencia

de particulas

elementales.

Sugiere que el espacio y las

particulas elementales

que interactuan adquieren masa

y si no interactuan no

adquieren masa

Porque el boson

vectorial W y Z tiene masa Y el foton no tiene masa porque no interactua

con el campo de Higgs

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eUna intensa busqueda del Boson

de Higgs

1

El boson de higgs ha sido objeto de

una larga busqueda, si se demuestra su

existencia estaria completo. pero si se demostrara lo contrario, otros

modelos podrian ser considerados.

2

Actualmente los fenomenos

subatómicos conocidos son

explicados mediante el metodo estandar, pero en 1960 cuando este se desarrollaba se

observa una contradiccion entre

dos fenomenos

3

La fuerza nuclear debil entre particulas podia explicarse

mediante leyes similares a las del electromagnetismo, esto implicaria que actuen como

intermediarias de la interaccion. Como el foton en

el caso del electromagnetismo. Y las

particulas W y Z en el caso de la fuerza debil, deben ser no

masivas.

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Nuevas particulas descubiertas Los físicos de partículas creen que la materia está

hecha de partículas fundamentales cuyas interacciones están mediadas por partículas de intercambio conocidas como partículas portadoras. A comienzos de la década de 1960 habían sido descubiertas o propuestas un número de estas partículas, junto con las teorías que sugieren cómo se relacionaban entre sí

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Se observa una nueva particula El 4 de julio de 2012, el CERN anunció la

observación de una nueva partícula «consistente con el bosón de Higgs», pero se necesita más tiempo y datos para confirmarlo.

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Resultados de los Experimentos El 4 de julio de 2012 fueron presentados por el

CERN, con la presencia de varios científicos, incluyendo al propio teórico del tema Peter Higgs, los resultados preliminares de los análisis conjuntos de los datos tomados por el LHC en 2011 y 2012 en los dos principales experimentos del acelerador (ATLAS y CMS).

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Confirman la existencia del Boson de Higgs

Rolf Heuer, director del CERN, dijo "Tenemos un descubrimiento. Hemos observado una nueva partícula que concuerda con un bosón de Higgs" y "Concuerda con un bosón de Higgs como se requiere para el modelo estándar".

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El tiempo avanza y el Boson de Higgs

Es

descubiertoExperimentos

realizadosEs

teorizada

BO

SO

N D

E H

IGG

S

RE

CIB

E E

L NO

MB

RE

DE

LA PA

RTIC

ULA

DE

DIO

S

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BO

SO

N D

E H

IGG

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CR

EE

N D

ES

CU

BR

IR

CA

RA

CTE

RIS

TICA

S C

ON

1964 2000 21/04/2011 04/07/2012

Encontrado

HA

N D

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O H

AL

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Existe o no el Boson de Higgs El estudio de las propiedades de la nueva

partícula, para confirmar si se trata efectivamente del bosón u otra posibilidad, necesita aún más tiempo y datos.1 Se espera que el Gran Colisionador de Hadrones, del CERN, pueda confirmar o desmentir la existencia de este bosón. Se tratará de entender qué tipo, si así fuera, del bosón de Higgs era.

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Espin 0Se le

denomina bosonescalar

No posee cargaElectrica ni carga

De colorNo interaccionaCon el foton nicon el gluon

Interacciona con los quarks, los leptones

cargados y los bosones W y Z de la

interacción débil.El boson de Higgs esSu propia antiparticula

PropiedadesMuchas de las propiedades del bosón de Higgs, tal y como se

describe en el modelo estándar, están totalmente determinadas

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Block DiagramAlternativasAlternativas

En los años que fue propuesto elboson de Higgs han existido

mecanismos alternativos que usan una dinamica que interactua

Fuertemente Para producir un valor esperado del vacio que rompa la simetria electrodebil.

Estos mecanismos alternativos son.

Condensados de quarks top

El modelo de Abbott-Farhi;

de composición

de los bosones de vectores W

y Z.37

Technicolor 36Es la clase de

Modelo que imitaLa dinamica de laFuerza fuerte paraRomper la simetria

Electrodebil.

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