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 !)