1. Ciencia con chocolate
Chocolatería Valor, Madrid, 8 abril 2014
J. Julve
En los límites de la experimentación
Más allá del “bosón de Higgs”
2. El “bosón de Higgs”
Peter Higgs
Leon Lederman
Partícula de Dios ?
3. 3
Una excursión por el macro y el microcosmos
… un paseo por las Potencias de 10 :
1025 metros º radio del universo visible
………………
1015 metros = 1 y 15 ceros º 1 año luz
………………..
106 metros = 1.000.000 metros (1 megametro)
……………………
103 metros = 1.000 metros (1 kilómetro)
102 metros = 100 metros (1 hectómetro)
101 metros = 10 metros (1 decametro)
100 metros = 1 METRO
10-1 metros = 0,1 metros (1 decímetro)
10-2 metros = 0,01 metros (1 centímetro)
10-3 metros = 0,001 metros (1 milímetro)
………………….
10-6 metros = 0,000001 metros (1 micrometro)
………………….
10-9 metros = 0,000000001 metros (1 nanometro)
………………….
10-12 metros = 0, once ceros 1 metros (1 picometro)
………………….
10-15 metros º tamaño del protón = 1 fermi
………………….
10-35 metros = Longitud de Planck
Mesocosmos
Macrocosmos
Microcosmos
4. 4
Ver el Microcosmos
Los micrbios aún se pueden VER con los ojos
con ayuda del microscopio ordinario
Los virus, con el microscopio electrónico,
pero la imagen en una pantalla
Los átomos: - “Palparlos” con el Microscopio de efecto túnel
(imagen elaborada con ordenador)
- Dispararles “proyectiles” (fotones, electrones)
con Aceleradores de partículas
y estudiar cómo rebotan
Partículas subatómicas: con Aceleradores de partículas,
hacerlas chocar entre ellas
observar los productos del choque
Para ver lo más pequeño, aparatos cada vez más grandes
6. 6
Los átomos son muy, muy pequeños
El Número de Avogadro: N = 6,023 x 1023
moléculas / mol (1 mol de H2O son 18 g de agua)
7. 7
Materia, fuerzas y partículas mediadoras:
Modelo Standard de las partículas elementales
Fermiones: espín semi-entero
Principio de exclusión de Pauli
Bosones: espín entero
Condensación de Bose-Einstein
….. y el Bosón de Higgs H (mH > 100 GeV)
Mundo subatómico
8. 8
Trazas visibles de partículas subatómicasc
l
t 02
t
c
v
t
2
2
1
t t
c
v
t
2
2
1
t
Cámara de burbujas
de H2 líquido
Leptones
Hadrones Hadrones
9. 9
Aceleradores de proyectiles
Aceleradores de partículas subatómicas
Centre Européen pour la Recherche Nucléaire
( CERN ) en Ginevra
Otros aceleradores:
SLAC (California, USA)
FERMILAB (Chicago, USA)
DESY (Hamburg, Alemania.)
DUBNA (Sherpukov, Rusia)
Large Hadron Collider (LHC) 2008
Large Electron-Positron (LEP) 1995
10. 10
Aceleradores y detectores de partículas
Túnel,
tubo de vacío
e imanes de
curvatura
del LEP
Detector DELPHI
ALEPH
Large Electron – Positron collider (Ginebra, 1995-2005)
11. 11
Producción de bosones W y Z0
Vida mucho más corta:
Se ven solo los productos de
su desintegración
Carlo Rubbia Simon van der Meer
CERN 1983
14. 14
Modelo Standard de las partículas elementales
Enrico Fermi
Satyendra Nath Bose
Peter Higgs
Fermiones:
Spin s = ½, 3/2, …
Bosones:
Spin s = 0,1,2, ...
16. 16
Partícula de Dios ?
Tiene un papel central en el Modelo Standard
“Da la masa” a las demás partículas (salvo a las de masa nula)
Rotura espontánea de la simetría local SU(2)xU(1)
Mecanismo de Higgs
Escapa a la clasificación “materia” – “fuerzas”
Probablemente tiene que ver con misterios cosmológicos
relacionados con la expansión acelerada del universo
17. 17
…. Y al fin, lo hemos encontrado !
¿La plenitud de los tiempos,
o al menos la de la Ciencia?
( en la “Hipótesis reduccionista”)
18. 18
Siempre nuevas preguntas
Encontrado el Higgs,
Asignados los premios Nobel
Trabajo terminado, todos a casa?
Hay algo más allá del Modelo Estándar?
El Modelo Estándar es un paso hacia la “Teoría Final”
El Modelo es completo?
Es posible pensar alcanzar una TOE?
19. 19
La tentación
N
Laplace
Lord Kelvin
Et Dieu ? Sire, je n'ai pas eu besoin
de cette hypothèse
A falta de detalles menores, la Fisica esta
practicamente acabada y solo queda la
tarea de medir con precision creciente
las constantes universales.
20. 20
Una “Teoría Final” o “Teoría de Todo” (TOE)
…. debería :
- Depender de una sola constante universal
- Empírica
- Deducible de propiedades matemáticas
- Ser capaz de predecir el resultado de todo experimento u observación
- Posible o imaginable
- Ahora y en el futuro
- Estar formulada sobre un formalismo matemático
- Consistente
- Posiblemente cerrado
O sea, ser COMPLETA,
pero COMPLETA DE VERDAD:
- O sea explicarse también a sí misma
21. 21
El nuevo paradigma
Hawking Weinberg Witten
La TOE al alcance de la mano
Reduccionismo a ultranza Líder de las Teorías de Cuerdas
Modelo Estándar
Teorías de Gran Unificación
(GUTs)
Gran Unificación Supersimétrica
(SUSY GUTs)
Supergravedad
(SUGRA)
Teorias de Cuerdas
(String Theory)
Experimentalmente verificado
Todo y más
Incluye la gravedad
Dimensiones extra
Partículas supersimétricas
Nuevas partículas.
Desintegración del Protón
TOE?
Landscape
23. 23
Incompletitud de la lógica
Kurt Gödel
1931
“ En los sistemas formales que tengan
al menos la complejidad de la aritmética,
existen siempre proposiciones dotadas de sentido
cuya veracidad o falsedad no se puede decidir
con los axiomas y reglas del sistema”
24. 24
Proposiciones gödelianas
Paradoja del mentiroso:
“Esta frase es falsa”
“Esta proposición no es demostrable”
Sancho en la Ínsula:
“A mí me ahorcarán”
Auto-referentes
El escéptico:
“ Estoy completamente seguro de que en esta vida no hay certidumbres”
25. 25
Misterios en la aritmética
Aleatoriedad de la distribución de los números primos
Conjetura de Goldbach fuerte: (1742)
Todo entero par mayor que 2 se puede escribir como suma de dos primos
24 = 19 + 5
30 = 17 + 13
Conjetura de Goldbach débil:
Todo entero impar mayor que 5 se puede escribir como suma de tres primos
11 = 5 + 3 + 3
(demostrada en 1923)
27. 27
Dialoghi sopra i due massimi sistemi del mondo
Copernicanos
Tolemaicos
TOEdders (TOE = Theory of Everything)
TOTedders (TOT = Theory of Transcendence)
Siglo XVII
Siglo XXI
28. 28
Un TOEdder … cauteloso
Putting [general relativity and quantum mechanics] together,
one can imagine that the universe started in the total empty
geometry – absolute nothingness – and then made a quantum
tunneling transition to a nonempty state. Calculations show
that a universe created this way would typically be subatomic
in size, but that is no problem ….
Vilenkin was able to invoke inflation to enlarge the universe
to its current size.
Alan Guth, The Inflationary Universe (1997), Page 275
The state of “nothing” cannot be identified with absolute nothingness. The tunneling is described by
the laws of quantum mechanics, and thus “nothing” should be subject to these laws. The laws of
physics must have existed, even though there was no universe.
Alexander Vilenkin, Many Worlds in One (2006), Page 181
Alexander Vilenkin
29. Neopositivismo lógico
29
“El sentido del mundo tiene que residir fuera de él” (Tr. 6.41)
“De lo que no se puede hablar hay que callar” (Tr. 7.)
---
(1918)
Ludwig Wittgenstein
30. Paradoja de Russell
Bertrand Russell
Definición:
Conjunto “normal”:
Un conjunto de elementos que no
se contiene a sí mismo como elemento.
Conjunto “singular”:
El que no es normal.
Consecuencia:
Un conjunto no puede ser Normal y Singular
al mismo tiempo.
La paradoja de Russell:
Sea C el conjunto de todos los conjuntos normales.
Entonces si C es normal, tiene que ser singular, y si es singular tiene que ser normal.
Conclusión:
La definición de C es contradictoria. Luego C no existe
31. 31
La Teoría de todas las teorías
Una Teoría (el Modelo Estándar)
T = { h | l Ø O }
H QFT
ATLAS
CMS
teoría hipótesis lógica observciones
La Teoría de todas las teorías
T = { h | l Ø O,T }
