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SPRACECentro Regional de Análise de São Paulo
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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 Z
12/Março/2008 SPRACE
Programa
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Parte 1
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12/Março/2008 SPRACE 4
China Antiga"Teoria dos 5 Elementos” : metal, madeira, água, fogo e terra →
constituiriam toda a matéria do universo.
∼ 5.000 anos atrás (reino de Huang Di)Citados no livro Shang Shu ou Shu Jing (“O Livro de História), um dos 6 clássicoscompilados por Confúcio.
Descrição via cinco elementos → anterior àcriação dos caracteres da escrita chinesa.
Antiga mas não corresponde à realidade!
Do que é feito o Universo?
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Do que é feito o Universo?
Partículas Elementares (Sec. XX)SimplesCorreto (até o momento)
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Empédocles (490-430 AC)Modelo simples e econômicoPena que esteja errado!
Mendeleiev (1834-1907)Está correto Pena que seja muito complicado!
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Do Átomo aos Quarks
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10-9
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Férmions: LéptonsElétron:
1897 Thomson
Múon:1937 Neddermeyrer, Anderson
Tau:1975 Perl
Neutrino do Elétron1956 Cowan, Reines
Neutrino do Múon1962 Lederman
Neutrino do Tau2000 DONUT Collab., Fermilab
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Sabor Massa(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
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Férmions: Quarks
Up, Down, Strange1964 Gell Mann
Charm1974 Ting, Richter
Bottom1977 Herb et al.
Top1995 CDF, DØ
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Sabor Massa(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
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Massas
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b
cs
u
d
p
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Famílias
Os diferentes sabores aparecem em três famílias:
2 Léptons por Família2 Quarks por Família
Anti-partículas:Mesma massa e spinCarga, sabor, cor opostas
Por que 3 Famílias?Somente a primeira seria “suficiente”p (uud) + n (udd) + e = matéria usual
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Matéria
Ordinária
Raios
Cósm
icos
Acelera-dores
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16
u
Wd
e-
νe
Zo
e- e-
e+ e+
Forte
q
q
q'
q'
q q
q' q'e- e-
g
ggW
u d
e- νe
e- Zo
e+
e-
e+Carregado Neutro g
g
g
FracaEletrofraca
qγ
q
e+
e-
γ
e+ e+
Eletromagnética
g
g g
g g
Inte
raçõ
es
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Propriedades Gravitacional Fraca Eletromagnética Forte
Atua em Massa e Energia Sabor Carga Elétrica Carga de Cor
Partículas que sentem Todas Quarks e Léptons Partículas
CarregadasQuarks e Glúons
PartículasIntermediárias Gráviton (?) W+ Z0 W- γ Glúons
Intensidade a ~10-17 m 10-41 10-4 1 60
Alcance Infinito 10-18 m Infinito 10-15 m
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Bósons IntermediáriosFóton
1923 Compton
W e Z1983 UA1/2 Collab. (CERN)
Glúon– 1979 MARKJ/TASSO/PLUTO/JADE
(Desy)
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Sabor Massa(Gev) Carga
Fóton 0 0
W+ 80,39 1
Z0 91,19 0
W- 80,39 -1
Glúon 0 0
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Modelo a Quarks
Murray Gell-Mann e George ZweigIntroduziram o modelo a quarks: Bárions (próton, nêutron, etc) Mésons (píon, kaon, etc) Compostos de partículas mais fundamentais: quarks. Três “sabores” de quarks: up, down e strange. Spin ½ e carga 2/3, -1/3 e -1/3.Bárions: compostos de 3 quarks:
próton = u + u + dnêutron = u + d + d
Mesons: compostos de um par quark-antiquarkpíon = ū + d
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Resumo: Partículas e Interações
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Gluons (8)
Quarks
MesonsBarions 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
QuarksCarga Elétrica
LéptonsCarga Elétrica
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Bárions: Férmions Compostos (qqq)
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Nome Quarks Carga Massa(Gev) Spin
p próton uud +1 0,938 1/2
p antipróton uud −1 0,938 1/2
n nêutron udd 0 0,940 1/2
Λ lambda uds 0 1,116 1/2
Ω ômega sss −1 1,672 3/2
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Mésons: Bósons Compostos (qq)
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Nome Quarks Carga Massa(Gev) Spin
π+ píon ud +1 0,140 0
K― káon su −1 0,494 0
ρ+ rô ud +1 0,776 1
B0 B-zero db 0 5,279 0
ηc eta-c cc 0 2,980 0
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Algumas Questões em AbertoMatéria X Antimatéria
Apesar de terem sido criadas em igual quantidade no início do universo, porque vemos praticamente apenas matéria atualmente?
Origem da MassaSeria possível compreender de forma mais profunda a origem da massa de todas as partículas? Seria realmente o mecanismo de Higgso 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?
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