Modelo Estandar Casas 2013

8/19/2019 Modelo Estandar Casas 2013

1/60

Alberto Casas(IFT-CSIC/UAM, Madrid)

CRIF Las Acacias

2013

La Frontera de la Física de

Partículas. El Modelo Estándar

Alberto Casas, Instituto de Física Teórica, IFT-CSIC/UAM, Madrid


2/60

LHC



3/60



4/60



5/60

EL LHC es una máquinapara acelerar y hacerchocar protones aenormes energías.

En cada colisión seproducen cientos departículas.

Del estudio de estas partículas seespera obtener información nueva ycrucial para nuestra comprensión de

la naturaleza.Alberto Casas, Instituto de Física Teórica, IFT-CSIC/UAM, Madrid


6/60

EL objetivo del LHC es traspasar lafrontera actual del conocimiento básicosobre la naturaleza



7/60

¿ Por qué... ?



8/60

¿Por qué hay tantas sustancias yobjetos diversos?



9/60

...

Tabla Periódica

...

Mendeleiev(1867)



10/60

Tabla Periódica

?Átomo

Rutherford(1909)

Bohr(1913)

A l b e r t o

C a s a s ,

I n s

t i t u t o d e

F í s i c a

T e ó r i c a ,

I F T - C

S I C / U A M

, M a

d r i

d


11/60

protón neutrón electrón



12/60

...

protón neutrón electrón



13/60


14/60


15/60

Modelo Estándar

(~1980)

Componentes de la

MateriaInteracciones

Simetría



16/60

MateriaMateria

1932 p, n, e ν

193 7 µ

1940s mesones π, K

1950s partículas Λ, ∆, Σ, ...

...Actualmente se conocen unas 300 partículas



17/60

En 1964 se propuso la idea de los quarks

u

d

u

protón

d

u

d

neutrón

Gell-MannZweig



18/60

u

d

u

protón

d

u

d

neutrón

¿Qué mantiene unidos a los quarks?

¿Por qué no se ha visto nunca un quark libre?

...Alberto Casas, Instituto de Física Teórica, IFT-CSIC/UAM, Madrid


19/60

νe

e

u

d

1a familia de partículas elementales

casi todo está hecho con ellas



20/60

νe

e

u

d

1a familia

νµ

µ

c s

2a

familia

ντ

τ

t

b

3a familia

1897

1995



21/60



22/60

νe

e

u

d

1a familia

νµ

µ

c s

2a

familia

ντ

τ

t

b

3a familia

¿Por qué?



23/60

Masas de las partículasMasas de las partículas

4.2b0,095s0,004d

173t 1,25c0,002u

? ντ? νµ? νe

1,78τ0,106µ0,0005e

(en GEV)

leptones

hadrones

1a 2a 3a



24/60

InteraccionesInteracciones

A l b e r t o

C a s a s ,

I n s

t i t u t o d e

F í s i c a T

e ó r i c a ,

I F T - C

S I C / U A M

, M a

d r i

d


25/60

Todas estas interacciones son manifestaciones

de sólo

4 interacciones básicas

gravitatoria fuerte

electromagnética débil



26/60

Estas interacciones están mediadas por otraspartículas: mensajeros de la interacción



27/60

e

e e

e

γ Interacción Electromagnética

≡ Intercambio de fotones

Estas interacciones están mediadas por otraspartículas: mensajeros de la interacción



28/60


29/60

Masas de las partículasMasas de las partículas

4.2b0,095s0,004d

173t 1,25c0,002u

? ντ? νµ? νe

1,78τ0,106µ0,0005e

(en GEV)

leptones

hadrones

1a 2a 3a



30/60

SimetríaSimetría

...Quizá el concepto más importante en lafísica de partículas moderna

Simetría ≡ Invariancia bajo transformaciones



31/60

¿ Presenta la naturaleza alguna

simetría ?



32/60



33/60

Lo verdaderamente fundamental no son los

objetos, sino las leyes de la física que losoriginan.

... y las leyes de la física tienen una enormesimetría

Es decir, quedan invariantes bajo ciertas

transformaciones matemáticas



34/60

Las leyes de la física tieneninvarianza temporal :

Por ejemplo:

no cambian con el tiempo

Conservación dela Energía



35/60

Conserv. del momento

Conserv. de la energía

Conserv. del mom. angular

masa y espínCambios de sistema dereferencia(transformacionesrelativistas)

Traslaciones espaciales

Traslaciones temporales

Rotaciones



36/60


37/60

Simetrías InternasSimetrías Internas

En una Teoría Cuántica de Campos (como elModelo Estándar), los objetos fundamentalesno son las partículas sino los campos.Las partículas son las excitaciones (cuánticas)

del campo

Esto da posibilidades de nuevas simetrías

CampoElectromagnético Fotón



38/60

Imaginemos una teoría que depende de doscampos:

pero sólo a través de la combinación

la teoría es invariante bajo la transformación:

simetría internasimetría interna



39/60

Emmy Noether(1915)

Las simetrías internas tambiénproducen cantidades conservadas

¡La conservación de la carga

eléctrica proviene de una simetríainterna de las ecuaciones delElectromagnetismo!

EMEM U(1)EM



40/60

Simetrías LocalesSimetrías Locales

Si la simetría es válida para cualquier

simetría localsimetría local



41/60

Simetrías locales

Interacciones

Yang & Mills

(1954)

Las partículasmediadoras de esas

interacciones hande ser bosones sinmasa



42/60

La interacción

electromagnética ylos fotones ...

¡ La simetría EM es local !

... son consecuenciade una simetría localde la naturaleza



43/60

CCOOLLOORR SU(3)C

Interacciones fuertes:

... son consecuencia deotra simetría local:

8 gluones (sin masa)(~1970s)



44/60

u u d

protón



45/60

Interacciones débiles:

n

p

ν

e

Fermi (1933)



46/60

Interacciones débiles:p

ν

e W –

u n

d d

u

d u

W + , W – debían tener masa

problemaproblemaAlberto Casas, Instituto de Física Teórica, IFT-CSIC/UAM, Madrid

Si íSi t í t


47/60

Simetrías rotasSimetrías rotas


R á d i íR t tá d i t í


48/60

A B 0

0

Ruptura espontánea de simetríaRuptura espontánea de simetría


M i d HiM i d Higg


49/60

A B 0

0

Mecanismo de HiggsMecanismo de Higgs Da masa albosón mediador

(“fotón”)


M i d HiggMecanismo de Higgs


50/60

A B 0

0

Mecanismo de HiggsMecanismo de Higgs Partícula conmasa ( Higgs )



51/60

→ .. Esp Rupt ED EM

Glashow SalamWeinberg

1960s

EDEDSimetría Electrodébil:SU(2)xU(1)



52/60



53/60

→ .. Esp Rupt

ED EM

En el proceso 3 partículas mediadoras:W + , W– , Z

(Descubiertas en el

CERN en 1983)

Y una partícula mediadora:

adquieren masa

(fotón)

queda sin masaAlberto Casas, Instituto de Física Teórica, IFT-CSIC/UAM, Madrid


54/60

A B 0

0

Partícula conmasa ( Higgs )

Si la teoría es correcta debería existir unbosón de Higgs con masa



55/60

Esta es la única predicción importante delModelo Estándar aún sin verificar

Pero es una predicción crucial

Producir un bosón de Higgs es equivalente a“sacar al vacío de su sitio” (por un instante

diminuto)


El Higgs es también necesario para dar masa


56/60

El Higgs es también necesario para dar masa

al resto de las partículas elementales.

Interacción con elcampo de Higgs

Fricción con unlíquido viscoso≡



57/60

Bosón de Higgs Ondas en el

líquido viscoso≡



58/60


59/60

Pero si el Mod. Est.Pero si el Mod. Est.funciona tan bien,funciona tan bien,

¿Por qué ir más allá?¿Por qué ir más allá?

Qué hay de malo conQué hay de malo con

el Mod. Est.?el Mod. Est.?



60/60

...Continuará en...Continuará en

parte 2...parte 2...


Documents

Modelo Estandar Casas 2013