SPRACE
Centro Regional de Análise de São Paulo
Do que o mundo é feito:
As partículas e suas interações
Explorando o mundo subatômico:
Aceleradores e detectores
Um pouco de história:
Descobertas do último século
O Large Electron Positron Collider e o Z
Exercício MasterClass:
Identificando eventos no decaimento do Z2010 SPRACE
Programa
2
Parte 1
2010 SPRACE 3
SPRACE 4
Do que é feito o Universo?
SPRACE
ChinaChina5.000 AC5.000 AC
GréciaGrécia500 AC500 AC
MendeleievMendeleiev18501850
Século XXSéculo XX
42010
Física de Partículas???
“Física de Partículas” é uma maneira vaga de se falar… Esse é o nome moderno que se dá ao antigo esforço de compreender as leis da Natureza
Nós usamos “Física de Partículas” como uma abreviatura para essa longa e difícil busca pois durante o século XX as partículas subatômica desempenharam um importante papel
2010 SPRACE 5
Edward WittenPublic Lecture at the
34th International Conference on High Energy Physics (ICHEP08)
2010 SPRACE 6
Do Átomo aos Quarks
2010 SPRACE
10-9
7
Essas 3 partículas formam todo o universo!
As 3 Famílias
Quarks Leptons
up
down
charm
strange
top
bottom
elétron múon tau
neutrino
do elétron
neutrino do múon
neutrino do tau
Os Sabores
charm
strange topelétron neutrino
do múon
down
2010 9SPRACE
Construindo o Universo
prótons nêutrons
Multiplique isso agora por bilhões e bilhões e bilhões …
elétrons
Átomo de Hélio
2010 10SPRACE
E você terá o Universo
2010 11SPRACE
2010 SPRACE 12
Áto
mos
Para cada tipo de partícula Existe uma antipartícula
E a antimatéria?
Partículas e antipartículas possuem carga elétrica oposta (e sabor e cor)
mas mesma massa (e spin)
up
down
elétron
neutrino do elétron
anti-up
anti-down
pósitron
Antineutrino do elétron
Mas até onde sabemos, o Universo é composto basicamente de matéria.
Anti-Tom Hanks Tom Hanks
Matéria versus Antimatéria
Seria na realidade muito
parecido com ele
Mas quando eles se encontram…
Matéria versus Antimatéria
2010 15SPRACE
As Forças da Natureza
2010 SPRACE
Força gravitacional
1010-40-40
Força Eletromagnética
1010-2-2
16
Força Forte
11
Força Fraca 1010-5-5
3H 3He
A cor
+−++
− −
Interação Eletromagnética Interação Forte
2010 17SPRACE
A cor: bárions e mésons
Bárions
Mésons2010 18SPRACE
Interações, Sabor e Cor Interação Forte:
troca a cor
Interação Fraca: troca o sabor
2010SPRACE
19
q (azul)
q (verde)
g (azul-
antiverde)u (+2/3)
d (-1/3)W (-1)
Férmions: Léptons Elétron:
1897 Thomson
Múon: 1937 Neddermeyrer, Anderson
Tau: 1975 Perl
Neutrino do Elétron 1956 Cowan, Reines
Neutrino do Múon 1962 Lederman
Neutrino do Tau 2000 DONUT Collab., Fermilab
2010 SPRACE
SaborMassa(Gev)
Carga
NeutrinoLeve
(0-0,13)X10-9 0
Elétron 0,000511 -1
NeutrinoMédio
(0,009-0,13)X10-9 0
Múon 0,106 -1
NeutrinoPesado
(0,04-0,14)X10-9 0
Tau 1,777 -1
20
Férmions: Quarks
Up, Down, Strange 1964 Gell Mann
Charm 1974 Ting, Richter
Bottom 1977 Herb et al.
Top 1995 CDF, DØ
2010 SPRACE
SaborMassa(Gev)
Carga
Up 0,002 2/3
Down ~ 0,005 -1/3
Charm 1,3 2/3
Strange ~ 0,1 -1/3
Top 173 2/3
Bottom 4,2 -1/3
21
Bósons Intermediários Fóton
1923 Compton
W e Z 1983 UA1/2 Collab. (CERN)
Glúon– 1979 MARKJ/TASSO/PLUTO/JADE
(Desy)
2010 SPRACE
SaborMassa(Gev)
Carga
Fóton 0 0
W+ 80,39 1
Z0 91,19 0
W- 80,39 -1
Glúon 0 0
22
Massas muito diferentes
2010 SPRACE
ttbb
ccss
uu
dd
pp
23
Resumo: Partículas e Interações
2010 SPRACE
Gluons (8)
Quarks
Mesons Barions Núcleo
Graviton ? Bosons (W,Z)
ÁtomosLuzQuímicaEletrônica
Sistema SolarGalaxiasBuracos Negros
Decaimento do NêutronRadioatividade BetaInteração dos NeutrinosBrilho do Sol
Forte
Fóton
Gravitacional Fraca
Eletromagnética
Tau
Muon
Elétron
TauNeutrino
MuonNeutrino
ElétronNeutrino
-1
-1
-1
0
0
0
Bottom
Strange
Down
Top
Charm
Up
2/3
2/3
2/3
-1/3
-1/3
-1/3
cada quark: R, B, G 3 cores
Quarks
Carga Elétrica
Léptons
Carga Elétrica
24
Algumas Questões em Aberto Matéria X Antimatéria
Apesar de terem sido criadas em igual quantidade no início do universo, porque vemos praticamente apenas matéria atualmente?
Origem da Massa Seria possível compreender de forma mais
profunda a origem da massa de todas as partículas? Seria realmente o mecanismo de Higgs o responsável por essa massa?
Matéria Escura e Energia Escura Uma forma invisível de matéria domina a matéria
observada nas galáxias e clusters. Seria constituída de um novo tipo de partículas?
Universo em Aceleração A expansão do Universo parece estar acelerando.
Existira uma nova interação ou dimensões extras do espaço?
2010 SPRACE 25
2010 SPRACE 26
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Isso aumenta a sua resistência ao movimento, ou ele adquire massa como uma
partícula se movendo no campo de Higgs
O Campo de HiggsO Campo de Higgs
Quando um cientista famoso entra na sala ele causa uma tumulto e atrai vários admiradores para junto de si
Uma sala cheia de cientistas conversando é parecido com o espaço preenchido
apenas pelo campo de Higgs
2010
SPRACE 28
E o Bóson de Higgs...E o Bóson de Higgs...
Cria uma espécie de aglomeração, só que agora, entre os próprios
cientistas que estão na sala. Esses aglomerados são parecidos com o
bósons de Higgs
Se um rumor é anunciado através da sala...
2010
O brilho das estrelas e a interação fraca
SPRACE 29
• Estrelas convertem H em He através de:– Cadeia próton-próton (pp)– Ciclo carbono-nitrogênio-oxigênio (CNO)
• A cadeia pp é a mais importante em estrelas menores como o Sol – Devido a barreira eletromagnética, esse
processo é muito lento (10 bilhões de anos): por isso o Sol brilha a tanto tempo.
– Ocorre em 2 etapasFusão de 2 núcleos de H dando 3H
Pósitron emitido se aniquila com elétron dando origem a 2 fótons
Fusão núcleo de deutério e H Dando origem a 3He e 1 fóton
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