¿Si existeix un material superconductor y si la podem sintetizar
Intro Lhcb Web
1. LHC desvetllant els secrets de la matèria Departament d’Estructura i Constituents de la Matèria Amb el suport de: Aquesta obra està sotmesa a les condicions d'ús d'una llicència Creative Commons Atribució 2.5 ( http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/deed.ca )
14. L’experiment de Rutherford L’àtom segons Thomson S’esperava que en bombardejar amb un feix de partícules una làmina molt fina d’or, aquestes es desviessin poc. Els resultats , incompatibles amb el model de Thomson, mostraven que l’àtom era quasi buit , amb la càrrega positiva concentrada al centre. L’àtom segons Rutherford Font de radiació Detector Làmina d’or Trajectòria dels feixos Feix de partícules
15.
16.
17.
18. de forces i de partícules la nostra comprensió del que ens envolta
19.
20.
21. Les quatre forces Infinit 10 -38 Gravetat 10 -18 10 -5 Feble Infinit 10 -2 Electromagnètica 10 -15 1 Forta Abast (en metres) Intensitat Força
22.
23.
24. El descobriment del positró Traça d’una partícula de càrrega positiva i amb una massa igual a la de l’electró. Imatge original del descobriment d’Anderson. La direcció de la curvatura ens diu que és una partícula positiva. El radi ens diu quina és la seva massa.
25.
26.
27.
28.
29. Les quatre forces en el Model Estàndard * de gluons n’hi ha de 8 tipus Gravitó??? Gravetat W,Z Feble Fotó ( γ ) Electromagnètica Gluons ( g) * Forta Partícula portadora Força
30.
31. N’hi ha massa de partícules? Partícules Subatòmiques Elements Químics Quarks Leptons Electró Protó Diferents tipus de matèria bàsica aC dC Mercuri Sulfur, Sal Terra Aire Foc Aigua Simplicitat (físics contents) Complexitat (físics insatisfets)
32. dels orígens de l’Univers com allò més petit es relaciona amb allò més gran
33.
34.
35.
36.
37. el CERN i l’LHC experiments dissenyats per a explorar la matèria i les seves interaccions
38.
39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
47.
Editor's Notes
Galatea de les esferes – Salvador Dalí, 1952 A partir dels anys quaranta i cinquanta, Dalí manifesta una curiositat cada cop més gran per alguns descobriments recents de la ciència, especialment pels relacionats amb la física nuclear i la biologia molecular. Són nombrosos els quadres que fan referència a aquests temes, alguns realitzats fins i tot amb l'assistència de científics. IDEA de la diapositiva Deixar que els alumnes discuteixin sobre què és matèria i què no ho és. Caldria guiar la discussió per tal que apareguin els conceptes: matèria, forces i energia. Guiar la reflexió que per veure de què està formada una cosa/què hi ha a dins, es pot provocar el “trencament” de la matèria.
El primer en parlar dels quatre elements fou Empèdocles, sobre el 450 aC. Malgrat tot, qui ha fet famosa aquesta teoria fou Plató. L’èter –també anomenat quintaescència, fou introduït per Aristòtil Els grecs són els nostres avantpassats culturals, però és curiós veure que pensaments similars apareixen també en altres cultures. En el taoisme, a la Xina, es parlava de 5 elements: el metall, la fusta, el foc, l’aigua i la terra (i.e. sense l’aire, però afegint el metall i la fusta) Aquests elements, juntament amb el Yin i el Yang (la Lluna i el Sol), són temes recurrents en el “I Ching”, el text xinès més antic que descriu la cosmologia i la filosofia d’aquesta cultura uns 2.400 anys aC A l’Hinduisme: Bhoomi ( terra ), Jala ( aigua ), Agni ( foc ), Vayu ( aire ) i Akasa ( espai ). Japó: el conjunt dels elements es deia go dai , literalment “cinc grans". Són terra, aigua, foc, vent i buit.
Demòcrit (460aC-370aC) va postular que existien uns elements bàsics que va anomenar «atomos» (que significa indivisible). Aquests són eterns però es poden combinar de diverses formes per representar el canvi. Billet de 100 dracmes, de l’any 1967.
Paga la pena debatre sobre què és coneixement i què és creença
Als alquimistes els devem la descoberta d’elements com: el mercuri, el sofre, l’antimoni, el bismut, el zinc; així com els conceptes d’àcid i base, i de molts compostos químics.
És interessant que Boyle els anomena “elements químics” per diferenciar-los dels “elements alquímics”. Els elements alquímics, de fet, barrejaven elements químics com el bismut amb altres com la sal –un compost de sodi i clor. La imatge correspon de fet a Dalton, que a començaments del segle XIX publica aquesta taula amb els pesos atòmics d’una sèrie d’elements químics. Encara usa però els símbols alquímics per a representar-los. Grans químics d’aquesta època són Lavoisier, segle XVIII, que inicia la nomenclatura i formulació química O Avogadro, qui a començaments del segle XIX, enuncià la llei que ara porta el seu nom: volums iguals de molècules diferents, en les mateixes condicions de pressió i temperatura, contenen el mateix nombre de molècules El francès Proust va passar una part important de la seva vida a Espanya. Primer al Real Seminario Patriótico de Vergara (Guipúscoa). Després com a professor de la Real Academia de Artillería de Segovia. I finalment com a Director del Laboratorio Real de Madrid. La llei de les proporcions constants és fruit dels seus treballs mentre estava a Segovia.
És interessant que Boyle els anomena “elements químics” per diferenciar-los dels “elements alquímics”. Els elements alquímics, de fet, barrejaven elements químics com el bismut amb altres com la sal –un compost de sodi i clor. Grans químics d’aquesta època són Lavoisier, segle XVIII, que inicia la nomenclatura i formulació química O Avogadro, qui a començaments del segle XIX, enuncià la llei que ara porta el seu nom: volums iguals de molècules diferents, en les mateixes condicions de pressió i temperatura, contenen el mateix nombre de molècules El francès Proust va passar una part important de la seva vida a Espanya. Primer al Real Seminario Patriótico de Vergara (Guipúscoa). Després com a professor de la Real Academia de Artillería de Segovia. I finalment com a Director del Laboratorio Real de Madrid. La llei de les proporcions constants és fruit dels seus treballs mentre estava a Segovia.
La imatge és un exemple d’un dels laboratoris de l’època. És de fet el laboratori de Lavoisier.
De fet, l’experiment va ser realitzat per Hans Geiger i Ernest Marsden sota la direcció de Rutherford. El feix era produït per una font de Poloni en una caixeta de plom. Així doncs, el feix de bombardeig era de partícules alfa –nuclis d’heli- fruit de la desintegració del Poloni. El motiu pel qual s’havien de desviar poc era per dos efectes: primer, com que les càrregues positives i negatives de l’àtom segons Thomson estaven distribuïdes homogèniament, els desviaments per interacció elèctrica havien de ser petits; segon, com que hi ha molts àtoms, els desviaments es cancel·larien uns als altres. Aquest és de fet el primer experiment de física de partícules: en aquest cas la col·lisió es produeix entre un feix en moviment i un blanc fixe.
Gràcies a aquests espectres es va descobrir l’existència d’Heli al Sol, un element fins aleshores desconegut
De fet, en el context del desenvolupament de les teories quàntiques –tal i com avui les coneixem- es va veure que l’emissió i absorció de llum, és a dir, de radiació electromagnètica, es podia descriure també com l’emissió o absorció d’unes partícules sense càrrega i sense massa: els fotons.
De totes les aportacions d’Einstein, que foren moltes, només es destaquen aquí les més rellevants per entendre allò més fonamental dels experiments de física de partícules: El fet que cap partícula no pugui viatjar més ràpidament que la llum, fa que les partícules que s’acceleren per tal de provocar les col·lisions ho facin a velocitats molt properes a la de la llum, però sempre inferiors. De fet, aproximar-se cada a aquest límit, requereix energies cada cop més grans. L’equivalència entre l’energia i la massa és la clau per entendre com de la col·lisió de dues partícules lleugeres a molt alta energia es poden crear partícules amb més massa. Aquesta equació també descriu l’energia alliberada en l’anihilació d’una partícula i la seva antipartícula. El que anomenem energia pura és de fet una radiació electromagnètica, és a dir, fotons. Aquests comentaris no cal introduir-los en aquest moment, però si és bo recordar-los en explicar més endavant un experiment de física de partícules.
És important adonar-se que durant el nostre dia dia observem majoritàriament els efectes de dues forces: la gravetat i l’electromagnètica. Exemples: el fet que ens mantinguem drets sobre la Terra (estiguem al pol nord o al sud) o que la nostra vida es configuri en anys de 365 dies i en dies i nits és conseqüència de la gravetat. Les forces de fregament o el fet que no puguem travessar les parets són conseqüències de la força electromagnètica.
Les dues forces amb abast infinit (electromagnètica i gravetat) tenen una intensitat que disminueix proporcionalment a l’invers del quadrat de la distància entre càrregues o masses, respectivament. Amb això podem entendre, per exemple, que quan una dona està de part, l’efecte gravitatori que exerceix la lluna sobre ella és més petit que l’efecte gravitatori de la comadrona, que es troba pràcticament a distància zero.
Els neutrins foren considerats durant molt de temps com a partícules sense massa… Experiments més recents, ens diuen que la seva massa és molt i molt petita, però no nul·la
El neutrí i el positró són les primeres partícules elementals que es prediuen teòricament. En el cas del positró, Dirac va dir inicialment que es tractava de protons, malgrat que la seva teoria ja predeia que el positró hauria de tenir la mateixa massa que l’electró (molt més petita que la del protó). Quan el 1932 es descobreix el positró, Dirac reconeix que no es va atrevir a predir l’existència d’una partícula nova “per pura covardia”.
Aquesta imatge és de fet una fotografia d’una càmera de vapor d’aigua, que permetia detectar el pas de partícules carregades en aquest gas. La temperatura era molt baixa i el vapor estava sobresaturat (a punt de liquar-se). En passar una partícula carregada, provocava la ionització de les molècules d’aigua. Aquests ions feien de nucli de condensació, de manera que la trajectòria de la partícula es feia visible. Si sotmetem el vapor a un camp magnètic, la partícula carregada es corbarà en una direcció o altra segons la seva càrrega. A més a més, segons la seva massa aquesta curvatura serà més o menys pronunciada. Una evolució d’aquestes càmeres són les càmeres de bombolles, que funcionen de manera similar però amb un líquid com a base. Això permet construir-ne de més grans i, per tant, detectar partícules més energètiques. En l’anihilació l’energia creada depèn de les masses de les partícules incidents i de la seva velocitat. Recordar l’equació d’Einstein E=mc 2
Imatge d’una càmera de bombolles. Intentar veure una anihilació d’electró positró i la subsegüent creació també d’un parell electró positró.
Ajuda per a localitzar l’àrea de la fotografia on es troba l’anihilació
Un positró arriba per la cantonada inferior dreta. Col·lisiona en el punt C amb un electró del líquid de la càmera de bombolles. S’anihilen i en perdem rastre perquè es crea energia (fotó, sense càrrega i, per tant, invisible en aquest detector). En el punt D, es crea de nou un parell electró positró.
Adonar-se que el diagrama superior correspon a l’anihilació que hem vist en la càmera de bombolles.
El fotó és la partícula portadora de força que es conegué abans, perquè de fet, és la representació corpuscular de la radiació electromagnètica. És a dir, tant la llum visible, com les ones de ràdio, com els raigs X o els rajos a l’interior d’un microones són feixos de fotons a diferents energies.
És important fer notar que no hi ha quarks lliures a la natura. Sempre es troben “confinats” a l’interior d’unes partícules anomenades hadrons, combinacions de 2 o tres quarks. Els protons i els neutrons són hadrons de tres quarks.
Reflexionar sobre com en diferents moments de la història, hem entès la matèria a partir de constituents o elements bàsics diferents. Qui sap si la nostra comprensió actual no és més que un altre punt d’inflexió en aquesta història…
La teoria la devem a George Gamow, però no el seu nom. Gamow era un físic rus, però amb nacionalitat americana. El nom Big Bang, que vol dir gran explosió, el va donar l’astrofísic anglès Fred Hoyle -el 1950- per burlar-se’n, perquè no es creia la teoria. Actualment, malgrat que la teoria no respon a totes les nostres preguntes –com veurem més endavant-, és el model cosmològic acceptat majoritàriament. El primer en adonar-se que l’univers estava en expansió fou l’astrònom nord-americà Edwin Hubble. Va observar galàxies que s’allunyaven de la nostra, la Via Làctea.
El moment en què l’univers es torna transparent és la imatge més antiga que podem obtenir de l’univers. Es coneix com a radiació de fons.
El moment en què l’univers es torna transparent és la imatge més antiga que podem obtenir de l’univers. Es coneix com a radiació de fons.
L’anella més gran, de 27 km, allotja actualment l’accelerador LHC. Està construïda sota terra, a una profunditat d’entre 40 i 100 metres. El Punt on es toquen les dues anelles, toca un triangle de edificis. Són les instal·lacions centrals del CERN. A la dreta de la fotografia s’hi veuen les pistes de l’aeroport de Ginebra. Més de la meitat de l’anella, a l’esquerra de la fotografia, és ja França.
La imatge correspon a un dels experiments (ALEPH) de l’anterior accelerador (LEP) del CERN, que va funcionar per darrera vegada el novembre de 2000.
Recordar quan diem que alliberen energia, volem dir que alliberen radiació electromagnètica, o el que és el mateix fotons.
En el cas de l’experiment ALICE, que estudia el plasma de gluons i quarks, les col·lisions es realitzen entre nuclis de plom.
