Centro de Profesores
Alcalá de Guadaíra
¿QUÉ ES EL CERN?
¿Para qué valen las
investigaciones que allí se
realizan?
Curro Martínez Ruiz – CEP Alcalá Guadaíra
IES ALONSO CANO
DÚRCAL (GRANADA) MARZO 2009

¿De qué está hecho nuestro universo?
¿De dónde viene?
¿Por qué se comporta como lo hace?
No tenemos todas las respuestas a esas preguntas, pero en los
últimos años hemos descubierto una gran cantidad de
información sobre el Universo que nos rodea
CERN, el Laboratorio Europeo de Física de Partículas

El CERN continúa con la
tradición de observar
nuestro mundo y tratar
de entenderlo
E = mc2

Electrones responsables del
Principios del S.XX
comportamiento de la materia

PROPIEDADES
CARGA
SPIN

EN LA CIENCIA SE CLASIFICAN LAS COSAS

ANIMACIÓN

El Modelo Estándar de Física de Partículas: los bloques
fundamentales del edificio del universo
6 quarks y 6 leptones
1ª Familia
2ª Familia
3ª Familia

PARTÍCULAS “PORTADORAS DE LA FUERZA”
Hay cuatro fuerzas conocidas (o interacciones), cada una mediada por una
partícula fundamental, conocida como partícula intermediaria o portadora.
Interacción electromagnética fotón
gravitón ???
Interacción gravitatoria
8 x gluón
Interacción fuerte
Interacción débil Z0 W+ W‐
la partícula de Dios
+ el bosón Higgs???

¿QUÉ MANTIENE LIGADO A LAS PARTÍCULAS?
INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
LA INTERACCIÓN NUCLEAR FUERTE
100 veces más intensa que la
electromagnética

LA INTERACCIÓN NUCLEAR DÉBIL
LA INTERACCIÓN GRAVITATORIA

INTERCAMBIO DE PARTÍCULAS PORTADORAS
DE LA INTERACCIÓN
Una visión nueva del
átomo de hidrógeno

Y ¿CUÁNDO HABLAMOS DE LA ANTIMATERIA?
Angels and Demons is a detective story about
a secret society that wants to destroy the
Vatican using an antimatter bomb. In the
book, the antimatter is stolen from CERN.

POR UN PUÑADO DE ANTIMATERIA

ANTIMATERIA
DIRAC (1928) postula la existencia de una compañera para el electrón
En 1931 se descubre el positrón
El antiprotón y el antineutrón no fueron descubiertos hasta 1954
p p

Electrones y positrones se
e+ e - aniquilan para producir
rayos γ (energía)
E = mc2
Anderson (1932) descubre el positron predicho por Dirac

¿CÓMO SE TRABAJA EN FÍSICA DE PARTÍCULAS?
ACELERADORES DETECTORES

¿El choque ha
liberado algunas
piezas del interior del
electrón y el
positrón?
Detector ALEPH del acelerador LEP
La masa calculada de cualquiera
de las partículas resultantes ¡es
mayor (o igual, pues algunas
son electrones) que la de las
partículas iniciales!
Sí la energía se conserva, parece que no queda más remedio
que aceptar que la energía de las partículas puede
“convertirse en materia”

1954
2000
CMS
Alice
LHCb
t
or
p
ro
aé
PS
Atlas Genève

El LHC SE HA CONSTRUIDO EN EL TUNEL DEL LEP
Dos haces de protones
Energía de colisión
Protón + protón:
7 + 7 TeV
27 Km de imanes con
un campo de 8.4 Tesla
Helio superfluido enfriado a 1.9°K
La estructura superconductora más grande del mundo

LA BÚSQUEDA DE LO DESCONOCIDO
¿ Por qué las partículas fundamentales tienen masas tan diferentes ? Dos de los
mayores misterios por resolver son cómo obtienen las partículas masa y qué
relación existe entre la masa y la energía. BUSQUEDA DE LA PARTÍCULA DE HIGGS.
Al principio de nuestro Universo, existían cantidades iguales de materia y
antimateria. Si la materia y la antimateria fuesen imágenes exactamente simétricas,
se hubieran aniquilado, produciendo energía. Pero, ¿ por qué quedó un exceso de
materia, creando las galaxias, el sistema solar ‐ con nuestro planeta ‐ y nosotros
mismos ? Estudiar la diferencias ínfimas que existen entre la materia y la
antimateria.
Reproducir las condiciones en el universo inmediatamente después del Big‐Bang
para entender por qué el Universo es tal como lo conocemos hoy. ¿Materia oscura?

Bloques fundamentales de construcción
Materia ordinaria
Copias idénticas (más masa)
Valores de la masa en GeV
*muy pequeña: menores que 10‐9 pero distinta de 0.

El mecanismo de Higgs: del campo a la partícula

THE ATLAS DETECTOR
46m de largo
por 25m de alto
Un ejemplo de colisión en el LHC

THE ATLAS DETECTOR
Zoom
Pixel detector
EM calorimeter
Hadronic calorimeter
Muon
spectrometer

THE CMS DETECTOR
800 millones de colisiones por
segundo
1 Bosón de Higgs
espera obtenerse
cada 90 s

THE ALICE DETECTOR
Reproducir el Big‐Bang

Back to the Big Bang
Naturaleza
Sopa quarks Formación de Formación de Formación de Formación Formación Hoy
Big bang
y gluones protones núcleos ligeros átomos neutros estrellas galáxias 2.7 K
Temperatura
< 10 ‐5 s 5 x 10 8 K 10 3 K
y neutrones 25 K < 25 K 13.7 billones años
Tiempo
2 x 10 12 K 2 x 10 8 años > 2 x 10 8 años
3 min 380.000 años
4 x 10 ‐5 s
Alice experiment
Colisiones de átomos de Pb

Una gráfica de viaje en el tiempo
LHC
SPS

Si Leonardo da Vinci hubiera dibujado el LHC…

LA TRANSFERENCIA TECNOLÓGICA (spinoffs)
Incorporación a nuestra vida diaria:
•Electrónica
•Procesamiento industrial y médico de la imagen
•Manejo y uso de la radiación
•Metrología y nuevos materiales
•Tecnologías de la computación y la información
•…

Ciencias Biomédicas: Positron Emisión
Tomography (PET)
CRYSTAL CLEAR
PbWO4
Paciente en seguimiento por carcinoma de próstata estudiado con PET/TAC con
18F‐FDG y 11C‐mitionina. Con ambos radiofármacos se observa una lesión ósea
en la creta iliaca y un ganglio perirectal.

Ciencias Biomédicas: hadronterapia y
braquiterapia
Uso de protones, neutrones y
partículas pesadas en radioterapia:
su principal atractivo es la forma en
que liberan su energía en el tumor y
penetración proporcional a su
energía. Antiproton Cell Experiment.
La braquiterapia es un tratamiento por
radiación que se aplica dentro del paciente, lo
más cerca posible del cáncer. La radiación se
administra dentro del cuerpo con isótopos
radioactivos que se introducen dentro de
dispositivos de administración como alambres,
Neutron Driven Element Transmuter
semillas o varillas. Estos dispositivos se
Producción de radioisótopos de alta
denominan implantes.
actividad y corta vida media 188Re y 166Ho

Tecnologías de la computación y la información
CERN,…where the web was born http://
THE GRID
Tier‐0 30% computación con 30000 CPUs

¡Muchas gracias a todos!