A Tabela Periódica

das Partículas Elementares

Rômulo RodriguesUAF-UFCG

Breve histórico das partículas

O Spin e Isospin em SU(2)

Os hádrons exóticos

V Encontro Regional de Educação em Ciências e Tecnologia do CCT/UEPB23 de outubro de 2008

Os quarks em SU(3)

O modelo padrão

Regras de Soma da QCD

Links (Referências)

A Escala das Partículas

prótonnêutron

Átomo

Núcleo

1A

fio de cabelo 10^(-3)cm

próton nêutronmediadores

1fm=10^(-13)cm

10^(-16)cm

elétron

1fm

Pi,K,w,sigmas,etc..o

nano robô 10^(-7)cm

Núcleo atômico

Dalton (1808)

Rutherford (1913), Chadwick (1932), Anderson (1932),… o núcleo, n, e^+,…

Lattes et al. (1947), Salmeron et al. (1950), Alvarez et al. (1961), Bogdan et al. (1961),Kraemer et al. (1961), Schlein et al. (1963), ...E

nerg

ia

Uma infinidade de partículas !! (2009-LHC)

0

6,5 MeV

200MeV

7 TeV

Breve histórico das Partículas Elementares

3 Pi’s, 4 K’s, K’s*,rho, w, eta-0,phi-0, ...

0,5 MeV – massa do elétron

Mais de 40 partículas medidas em 1960 !!

Partículas Medidas até 1960

Mas

sa (

GeV

)

?

?

Mais de 20 partículas medidas na época !!

Hádrons

O Grande Colisor de Hádrons (LHC)

O que se espera de uma colisão no LHC ?

animação da colisão pp no RHICmais vídeos

O que se espera de uma colisão no LHC ?

O que se espera de uma colisão no LHC ?

O que se espera de uma colisão no LHC ?

O que se espera de uma colisão no LHC ?

O que se espera de uma colisão no LHC ?

O que se espera de uma colisão no LHC ?

O que se espera de uma colisão no LHC ?

O que se espera de uma colisão no LHC ?

Uma produção de uma infinidade de partículas “elementares”: n, p, p^-, e+, e-, pi’s, K’s, fótons, etc...

O que se espera de uma colisão no LHC ?

Breve história do Spin do Elétron

|elétron>=1/sqrt(2)(|+> +|->)

Experimento de Stern-Gerlach

|+>, |-> são os dois únicos estados acessíveis ao elétron (Multipleto de Spin ½ !!)

Pois existe um operador U que leva a bases equivalentes:

U|+>=|+’>; U|->=|-’>

Simetria SU(2)

A simetria de SU(2) nos garante que:

<+’|-’>=<+|->

SU(2) = a1+ bsig_1+ csig_2+ dsig_3

Uma operação curiosa de SU(2):U{+}|->=|+>, U{-}|+>=|->

U{+}|+>=0, U{-}|->=0

Isospin A Força Forte é simétrica para prótons e nêutrons

|Nucleon> = 1/sqrt(2)(|p>+|n>)

Dubleto de SU(2) !!

próton nêutronmediadores

Mn=Mp=938MeV

Álgebra de Isospin (ou SU(2))

I{-}|p>=|n>I{+}|n>=|p>I{+}|p>=I{-}|n>=0

I{3}|p>=1/2|p>I{3}|n>=-1/2|n>

I^2|p>=¾|p>I^2|n>=¾|n>

|n> |p>I{+}

I{-}

I{+}=I{1} + iI{2}I{-}=I{1} - iI{2}

+ Regras de comutação !!

Casimir do Grupo (define o multipleto)

Observável de carga !!

+ Regras de anti-comutação !!

Moléculas Hadrônicas SU(2)(X)SU(2)=3(+)1

|n>|n> 1/sqrt(2)(|p>|n>+ |n>|p>)I{+}

I{-}

+ Regras de comutação permanecem invariantes !!

+ Regras de anti-comutação perdem a invariança !!

|p>|p>

I{-}

I{+}

U{anti}

1/sqrt(2)(|p>|n> - |n>|p>)

I=1S=0

I=0S= 0 ,1

singleto de Spin 0 ou 1+ tripleto de Spin 0

U=???

Adimitindo L=0 !!Multipleto de Paridade positiva

Quebra de Simetria de Isospin !!

O Dêuteron I(J^P)=0(1+)

As outras partículas poderiam ser:

1(0+) = a{0}(1450)

0(0+) = f0(1500)

Modelo de Shoichi Sakata (1956)

?

?

Exercício Interessante: Como eu posso entender o trítium?

I(JP)=1/2(1/2+)

d(1873)

SU(3) de sabor ( Os quarks !!) Gell-Mann 1961

I{8}|u>=1/2|u>I{8}|d>=1/2|d>I{8}|s>=-2/3|s>

I{3}|u>=1/2|u>I{3}|d>=-1/2|d>

I^2|u>=¾|u>I^2|d>=¾|d>

|d> |u>I{+}

I{-}

+ Regras de comutação !!

Casimir do Grupo (define o multipleto)

Observável de carga !!

+ Regras de anti-comutação !!

V{+}V{-}

W{+}

W{-}

|s>

Observável de estranheza !!

3

Mésons SU(3)(X)SU(3)=8+1I{

8}

3

I{3}

|s>3

X

8

1

=

Temos 9 partículas !!

Quem são esses 9 Mésons ?

8

1

η(549)

360M

eV

Simetria bem quebrada !!

Bárions SU(3)(X)SU(3)(X)SU(3)=10+8+8+1

3

=

10

decupleto

Bárions SU(3)(X)SU(3)(X)SU(3)=10+8+8+1

3

=

octeto

8

Bárions SU(3)(X)SU(3)(X)SU(3)=10+8+8+1

3

=

1

8

Quem são esses 18 Bárions ?

10 8

8 1

S=3/2 S=1/2

S=1/2 S=1/2S=3/2

S=1/2

???

S=1/2S=1/2

150MeV

Medido 3 anosdepois da predição de Gell-Mann !! (Barnes, PRL 12 204) (1964)

ms

(apr

ox=

)100

MeV

(P

DG

-200

8)

A Cor !!

Descoberta da Ω(1672)-

Extensão do Modelo de Gell-Mann para os novos quarks

(c) 1974

(b) 1977(t) 1995

SU(4)

(s) 1961

(d) 1961(u) 1961

A COR

Modelo PadrãoSU(3)(X)SU(2)(X)U(1)

HiggsS=0

M>100GeV

Criação de um parelétron-pósitron

(Link) Prof. Carlos Aguiar

E a lei da consevação da massa de Lavoisier ?

E=mc2

Alguma coisa nova na física hadrônica

2003

2004

2005

2007

2008

+ (1540)

c (3099)

DsJ(2317)DsJ(2460)

X (3872)

Y(4260)

Z(4430)

Z1(4051), Z2(4248)

Pentaquarks

Tetraquarks

Breve história da (1540)

C12

D. Diakonov et al., Z. Phys.-1997

LEPS Coll., PRL-2003CLAS Coll., PRD-2006

+

BABAR Coll., PRL-2003

Exótico

Descoberta das DsJ(2317) e DsJ(2460) em 2003

?DsJ(2460)

1+

Exótico

tetraquarks?

Teórico modelo de quarks

PRD-2004

Descoberta da Z (4430) em 2007

Belle Coll., PRL-2008

+

A Força Forte (QCD)

Método Não-Perturbativo da QCD: As Regras de Soma da QCD

=

Lado hadrônico da função de Green

Lado da QCD (os hádrons vistosem termos de quarks)

Artigos Publicados Coll. UFCG-IFUSP

2007

2009

DsJ(2460), PRD 2007

Z(4430), PLB 2009

Quais são os tijolos básicos da matéria ?

Obrigado !!

Período = quarks !!

Período = prótons (número atômico)

Gell-Mann 1961

Links e Referências

História das Partículas com o Prof. Bassalo

Cursos do SPRACE de altas energias

Física de Hádrons com a Profa. Marina Nielsen

Hádrons Exóticos com o Prof. Rômulo (um pouco técnico !)

Artigo do PIBIC-2007 do Aluno Pablo Wagner da UFCG sobre os Pentaquarks

Curso de Teoria de Grupos com o Prof. João Barata (excelente !)

Dos Raios-X aos Quarks por Emilio Segrè

Cursos de Partículas do IST-Portugal

Agr

adeç

o ta

mbé

m a

aju

da d

a W

ikip

édia

(link2)

Artigo da RBEF em 2007 de Cristiane Oldoni da Silva; Paulo Laerte Natti,“Modelo de quarks e sistemas multiquarks”

Painel da Regra de Soma da Z(4430) (muito técnico !)