Do que o mundo é feito: As partículas e suas interações
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Do que o mundo é feito: As partículas e suas interações

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Do que o mundo é feito: As partículas e suas interacções Centro Regional de Analise de São Paulo ( São Paulo 2009)

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Do que o mundo é feito: As partículas e suas interações Presentation Transcript

  • 1. SPRACE Centro Regional de Análise de São Paulo
  • 2. 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 Exercício MasterClass: Identificando eventos no decaimento do Z 12/Março/2008 SPRACE
  • 3. Parte 1 12/Março/2008 SPRACE
  • 4. Do que é feito o Universo? 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 clássicos compilados por Confúcio. Descrição via cinco elementos → anterior à criação dos caracteres da escrita chinesa. ○ Antiga mas não corresponde à realidade! 12/Março/2008 SPRACE 4
  • 5. Do que é feito o Universo? Empédocles (490-430 AC) Modelo simples e econômico Pena que esteja errado! Mendeleiev (1834-1907) Está correto Pena que seja muito complicado! Partículas Elementares (Sec. XX) Simples Correto (até o momento) 12/Março/2008 SPRACE
  • 6. 12/Março/2008 SPRACE
  • 7. Do Átomo aos Quarks 10-9 12/Março/2008 SPRACE
  • 8. Férmions: Léptons Elétron: 1897 Thomson Múon: 1937 Neddermeyrer, Anderson Tau: Massa 1975 Perl Sabor Carga (Gev) Neutrino (0-0,13)X10-9 0 Neutrino do Elétron Leve 1956 Cowan, Reines Elétron 0,000511 -1 Neutrino (0,009-0,13)X10-9 0 Neutrino do Múon Médio 1962 Lederman Múon 0,106 -1 Neutrino (0,04-0,14)X10-9 0 Neutrino do Tau Pesado 2000 DONUT Collab., Fermilab Tau 1,777 -1 12/Março/2008 SPRACE
  • 9. Férmions: Quarks Up, Down, Strange 1964 Gell Mann Charm 1974 Ting, Richter Massa Sabor Carga (Gev) Bottom Up 0,002 2/3 1977 Herb et al. Down ~ 0,005 -1/3 Top Charm 1,3 2/3 1995 CDF, DØ Strange ~ 0,1 -1/3 Top 173 2/3 Bottom 4,2 -1/3 12/Março/2008 SPRACE
  • 10. Massas u d s c b p 12/Março/2008 SPRACE
  • 11. Famílias Os diferentes sabores aparecem em três famílias: 2 Léptons por Família 2 Quarks por Família Anti-partículas: Mesma massa e spin Carga, sabor, cor opostas Por que 3 Famílias? Somente a primeira seria “suficiente” p (uud) + n (udd) + e = matéria usual Ordinária Cósmicos Acelera- Matéria dores Raios 12/Março/2008 SPRACE
  • 12. Propriedades Gravitacional Fraca Eletromagnética Forte Atua em Massa e Energia Sabor Carga Elétrica Carga de Cor Partículas que Partículas Quarks e Todas Quarks e Léptons sentem Carregadas Glúons Partículas γ Gráviton (?) W+ Z0 W- Glúons Intermediárias Intensidade a 10-41 10-4 1 60 ~10-17 m Alcance Infinito 10-18 m Infinito 10-15 m Eletrofraca Eletromagnética Fraca Forte Carregado Neutro γ q - q g q' e + u e e + e+ Interações W Zo q q' e - q d νe e - e- e+ e+ e+ g g e- νe e+ 16 q q g g γ W Zo g g e- e- q' q' g g g g - - u d e e 12/Março/2008 SPRACE
  • 13. Bósons Intermediários Fóton 1923 Compton WeZ 1983 UA1/2 Collab. (CERN) Glúon – 1979 MARKJ/TASSO/PLUTO/JADE (Desy) Massa Sabor Carga (Gev) Fóton 0 0 W+ 80,39 1 Z0 91,19 0 W- 80,39 -1 Glúon 0 0 12/Março/2008 SPRACE
  • 14. Modelo a Quarks Murray Gell-Mann e George Zweig Introduziram 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 + d nêutron = u + d + d Mesons: compostos de um par quark-antiquark píon = ū + d 12/Março/2008 SPRACE
  • 15. Resumo: Partículas e Interações Léptons Forte Eletromagnética Carga Elétrica Tau Gluons (8) Fóton Tau -1 0 Neutrino Muon -1 0 Muon Neutrino Quarks Átomos Elétron -1 0 Elétron Luz Neutrino Mesons Química Barions Núcleo Eletrônica Quarks Gravitacional Fraca Carga Elétrica Graviton ? Bosons Bottom -1/3 2/3 Top (W,Z) Strange Charm -1/3 2/3 Down Decaimento do Nêutron Up Sistema Solar Radioatividade Beta -1/3 2/3 Galaxias Interação dos Neutrinos Buracos Negros Brilho do Sol cada quark: R, B, G 3 cores 12/Março/2008 SPRACE
  • 16. Bárions: Férmions Compostos (qqq) Massa Nome Quarks Carga Spin (Gev) 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 12/Março/2008 SPRACE
  • 17. Mésons: Bósons Compostos (qq) Massa Nome Quarks Carga Spin (Gev) 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 12/Março/2008 SPRACE
  • 18. 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? 12/Março/2008 SPRACE