masterclass 2010

29
SPRACE Centro Regional de Análise de São Paulo

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MasterClass 2010. SPRACE Centro Regional de Análise de São Paulo. Programa. 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 - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: MasterClass  2010

SPRACE

Centro Regional de Análise de São Paulo

Page 2: MasterClass  2010

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

Page 3: MasterClass  2010

Parte 1

2010 SPRACE 3

Page 4: MasterClass  2010

SPRACE 4

Do que é feito o Universo?

SPRACE

ChinaChina5.000 AC5.000 AC

GréciaGrécia500 AC500 AC

MendeleievMendeleiev18501850

Século XXSéculo XX

42010

Page 5: MasterClass  2010

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)

Page 6: MasterClass  2010

2010 SPRACE 6

Page 7: MasterClass  2010

Do Átomo aos Quarks

2010 SPRACE

10-9

7

Page 8: MasterClass  2010

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

Page 9: MasterClass  2010

Os Sabores

charm

strange topelétron neutrino

do múon

down

2010 9SPRACE

Page 10: MasterClass  2010

Construindo o Universo

prótons nêutrons

Multiplique isso agora por bilhões e bilhões e bilhões …

elétrons

Átomo de Hélio

2010 10SPRACE

Page 11: MasterClass  2010

E você terá o Universo

2010 11SPRACE

Page 12: MasterClass  2010

2010 SPRACE 12

Áto

mos

Page 13: MasterClass  2010

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.

Page 14: MasterClass  2010

Anti-Tom Hanks Tom Hanks

Matéria versus Antimatéria

Seria na realidade muito

parecido com ele

Page 15: MasterClass  2010

Mas quando eles se encontram…

Matéria versus Antimatéria

2010 15SPRACE

Page 16: MasterClass  2010

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

Page 17: MasterClass  2010

A cor

+−++

− −

Interação Eletromagnética Interação Forte

2010 17SPRACE

Page 18: MasterClass  2010

A cor: bárions e mésons

Bárions

Mésons2010 18SPRACE

Page 19: MasterClass  2010

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)

Page 20: MasterClass  2010

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

Page 21: MasterClass  2010

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

Page 22: MasterClass  2010

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

Page 23: MasterClass  2010

Massas muito diferentes

2010 SPRACE

ttbb

ccss

uu

dd

pp

23

Page 24: MasterClass  2010

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

Page 25: MasterClass  2010

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

Page 26: MasterClass  2010

2010 SPRACE 26

Page 27: MasterClass  2010

SPRACE 27

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

Page 28: MasterClass  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

Page 29: MasterClass  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

2010