El Maravilloso Mundo de las Partículas Fundamentales

José Herman Muñoz ÑungoGrupo QUARK

Departamento de FísicaUNIVERSIDAD DEL TOLIMA

Ibagué, 11 de julio de 2012

CONTENIDO

Motivación•Estructura de la materia•Interacciones Fundamentales•El Modelo Estándar•Mesones Pesados•Decaimientos del B•Perspectivas de estudio

PREGUNTAS

Cuántas partículas constituyentes de la materia conoce?

Cuántas interacciones fundamentales en la materia conoce?

“…gracias al recientemente descubierto poder de la antimateria. El director del CERN descubre en una de las instalaciones del edificio …

la sociedad ha robado el contenedor con un cuarto de gramo de antimateria, mientras el contenedor permaneciera conectado en el CERN.

La antimateria permanecería flotando en un vacío total creado por arcos magnéticos, aportando seguridad.

En 2009, Adrian Helmsley (Chiwetel Ejiofor), un geólogo estadounidense, visita al astrofísico Dr. Satnam Tsurutani (Jimi Mistry) en la India y se entera que los neutrinos de una enorme erupción solar han «mutado» y causan que la temperatura de la corteza terrestre incremente.

12 Dic 2011 - 11:26 pm El EspectadorEste martes el Cern anuncia resultados definitivosMás cerca de la 'partícula de Dios'Por: Redacción VivirEl descubrimiento del bosón de Higgs ayudaría a entender cómo se conformó el universo. Desde 1980 se vienen realizando experimentos sin ningún resultado concreto.

 22 Dic 2011 - 4:21 pm El Espectador No la usan ni siquiera las instituciones'La partícula de Dios': término que no les gusta a los científicosPor: Alicia Rivera / El País de EspañaAclaración en medio de la expectativa por el descubrimiento del bosón de Higgs. 

29 Abr 2012 - 1:00 am. El Espectador

El tiempo. Jueves 3 de mayo de 2012

Físicos creen estar cerca del bosón de Higgs o 'partícula de Dios'

Así lo anunciaron desde Ginebra investigadores del Centro Europeo de Investigación Nuclear (Cern).

Los físicos que buscan el misterioso bosón de Higgs creen que han ubicado el lugar donde se esconde el elemento que falta en el rompecabezas de las partículas elementales, anunciaron el martes en Ginebra investigadores del Centro Europeo de Investigación Nuclear (Cern). 

29 Abr 2012 - 1:00 am. El Espectador

29 Abr 2012 - 1:00 am. El Espectador

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29 Abr 2012 - 1:00 am. El Espectador

29 Abr 2012 - 1:00 am. El Espectador

ESTRUCTURA DE LA MATERIA

0.0000000002 m(2 x 10-10 m)

5x10-15 m

Electrones Nucleo

El átomo

El núcleo

Protones Neutrones

Son los protones y neutrones fundamentales?

Relaciones entre las masas de los leptones

• Masa del electrón (me): me = 0.51 MeV

• Masa del muón (mmuon): mmuon= 105.65 MeV

• Masa del tao (mtao):

mtao = 1776.84 MeV

mmuon/me ~ 207

mtao/me ~ 3484

COMPARACIÓN

• Hombre de 70 kg Electrón (e-)

• Carro de 14.7Ton Muón (μ-)

• Avión de 247.8Ton Tau ( )

Quarks

La gran mayoría de materia que vemos a nuestro alrededor esta hecha de protones y neutrones, los cuales están compuestos de quarks.

Carga fraccionaria, sorprendente!!!

Cada quark tiene su correspondiente antiquark

mtop/mup = 8.6 x104 mtop/mdown = 3.4 x104 mtop/mbottom = 41

ESTRUCTURA DEL ÁTOMO

melectrón = 0.51 MeV = 9.1x10-31 Kg

• mprotón = 938.27 MeV = 1.673x10-27 Kg

mneutrón = 939.56 MeV = 1.675x 0-27 Kg

mp / me = 1839.22

mn/mp ~ 1

RELACIONES DE MASAS

Las interacciones fundamentales de la Naturaleza

Gravedad Fuerza Fuerte

Electromagnetismo Fuerza débil

Interacciones Fundamentales

PARTICULAS MEDIADORAS

COMPARACIÓN ENTRE LAS INTERACCIONES (I)

INTERACCIÓN GRAVITACIONAL ELECTROMAGNÉTICA DÉBIL FUERTE

propiedad Masa-energía Carga eléctrica Carga de sabor

Carga de color

Partículas que afecta

todas Partículas con carga Leptones y quarks

Quarks y gluones

Mediadores Gravitón (¿?) fotón Bosones W y Z0

gluones

Intensidad para dos quarks a 10-18 m

10-41 1 0.8 25

Intensidad para dos quarks a 3 x 10-17 m

10-41 1 10-4 60

Intensidad para dos protones en el

núcleo

10-36 1 10-7 No aplica para

hadrones

INTERACCIÓN TEORÍA MEDIADOR FUERZA RELATIVA

ALCANCE (m)

Fuerte QCD gluones 1038 10-15

Electromagnética QED fotones 1036 infinito

Débil Teoría electrodébil

Bosones W y Z 1025 10-18

Gravitacional Gravedad cuántica

Gravitones (¿?) 1 infinito

Bosón de Higgs

La partícula de Dios (León Lederman)

Se requiere para poder darle masa a las partículas.

Rango de masa: 116 - 130 Gev

Modelo Estándar

Los físicos han creado una teoría llamada El Modelo Estándar. Es una simple y comprensible teoría que explica las partículas fundamentales y sus complejas interacciones (3).

Grupo de simetría

Modelo Estándar

Modelo de Gell-Mann

Meson: (quark)x(antiquark)

Barion: (quark)x(quark)x(quark)

MESÓN

BARIÓN

s

bsB

c

bcB

q

cD

bBq

Mesones Pesados

Como sabemos todo esto?

Los Mejores Laboratorios en Física de Altas Energías

FermilabFermilab

SLACSLAC

KEKKEKCERNCERN

DESYDESY

CESRCESR

BNLBNL

Super BSuper B

Large Hadron Collider (LHC)

DECAIMIENTOS

DECAIMIENTOS SEMILEPTÓNICOS

MB

M= PSEUDOESCALAR, VECTOR, VECTOR-AXIAL, ESCALAR Y TENSOR.

M1, M2= PSEUDOESCALAR, VECTOR,

VECTOR-AXIAL, ESCALAR Y TENSOR.

M1

B

M2

DECAIMIENTO NO-LEPTONICO

VIOLACIÓN DE CP

• Violación de CP: Asimetría entre materia y antimateria.

Large Hadron Collider (LHC)

Large Hadron Collider (LHC) (I)

• http://lhc.web.cern.ch/lhc/• Suiza-Francia

• circunferencia de 27 km. • Tunel: (50 – 175) metros.

• Colisiones protón-protón• energía: 14 Tev.• V = 0.999997828 c

• Costo del acelerador (sin experimentos y computación): 3.03 billones de euros

LHC - Experimentos (II)

• ALICE: A Large Ion Collider Experiment

• ATLAS: A large Toroidal LHC ApparatuS • Ángeles y Demonios

• CMS: The Compact Muon Solenoid

• LHCb: Large Hadron Collider beauty • experiment

•

LHC (III)

• the LHC will produce 1 billion proton-proton

collision events per second in the detectors. This data will be heavily filtered so that only about 100 events of interest per second will be recorded permanently.

• Each event represents a few Megabytes of data, so the total data rate from the experiments will be of order 1 Gigabyte per second.

• .

LHC(IV)

• the LHC will produce each year about 15 Petabytes (15 million Gigabytes) of data, the equivalent of about 20 million CDs!

• • Copies of the data will be stored at a dozen

major computing centres (Tier-1 centres), and the analysis will be carried out by a Grid of over 100 computer centres in universities and research labs around the world, the Tier-2 centres.

LHC (V)

• “A proton in a beam will make 11 245 turns per second. A beam might circulate for 10 hours, travelling more than 10 billion kilometres ? far enough to get to the planet Neptune and back again.”

• At full power, each beam will be about as energetic as a car travelling at 2100 kph. The energy stored in the magnetic fields will be even greater, equivalent to a car at 10 700 kph.

PARA TERMINAR • Materia

• Antimateria

• Materia Oscura (23%):• - No emite o refleja suficiente radiación electromagnética • - Efectos gravitacionales en la materia visible

• Energía Oscura (72%):• Aceleración de la expansión del universo

BIBLIOGRAFIAhttp://www.particleadventure.org/

http://arxiv.org/

http://inspirehep.net/

http://pdg.lbl.gov/

http://lhc.web.cern.ch/lhc/

http://lhcb.web.cern.ch/lhcb/

http://www.slac.stanford.edu/BF/

http://belle.kek.jp/

http://belle2.kek.jp/

http://superb.infn.it/home

R. Michael Barnett, Education and Outreach in Particle Physics, arXiv:1109.6928