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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
29 Abr 2012 - 1:00 am. El Espectador
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