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ASTRO-COSMO-PARTÍCULAS

ASTRO-COSMO-PARTÍCULAS. Vicente Pleitez IFT-UNESP 2004. PLANO. AS 4 FORÇAS DA NATURAEZA NEUTRINOS SOLARES E ATMOSFÉRICOS MATÉRIA ESCURA: LIPs, AXIONS E NEUTRALINOS ASSIMETRIA MATÉRIA – ANTIMATÉRIA A COSTANTE COSMOLÓGICA. CONHECER QUE FORÇAS PODEN MANTER ESTE MUNDO UNIDO FAUSTO.

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ASTRO-COSMO-PARTÍCULAS

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Presentation Transcript

  1. ASTRO-COSMO-PARTÍCULAS Vicente Pleitez IFT-UNESP 2004

  2. PLANO • AS 4 FORÇAS DA NATURAEZA • NEUTRINOS SOLARES E ATMOSFÉRICOS • MATÉRIA ESCURA: LIPs, AXIONS E NEUTRALINOS • ASSIMETRIA MATÉRIA – ANTIMATÉRIA • A COSTANTE COSMOLÓGICA

  3. CONHECER QUE FORÇAS PODEN MANTER ESTE MUNDO UNIDOFAUSTO

  4. I - AS 4 FORÇAS DA NATUREZA

  5. PLANO -I • INTRODUÇÃO À FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES • CLASSIFICAÇÃO DAS PARTÍCULAS ELEMENTARES • SIMETRIAS E LEIS DE CONSERVAÇÃO • AS QUATRO INTERAÇÕES DA NATUREZA • A INTERAÇÃO GRAVITACIONAL • A INTERAÇÃO ELETROMAGNÉTICA • A INTERAÇÃO FRACA: O MODELO ELETROFRACO • A INTERAÇÃO FORTE: QCD • TEORIAS DE GRANDE UNIFICAÇÃO E ALÉM • FPE: 100 ANOS DE DESCOBERTAS

  6. INTRODUÇÃO À FPE • A teoria da relatividade especial e a mecânica quântica • As leis do mundo atômico, nuclear e sub-nuclear • Metodologia da física de partículas elementares • Campos fundamentais

  7. A TEORIA DA RELATIVIDADE ESPECIAL Em 1905 Albert Einstein propôs a TEORIA DA RELATIVIDADE ESPECIAL (TRE) … A podemos resumir assim:

  8. L=L0-1 T=T0 E0=mc2

  9. A TRE ... • Velocidades perto da velocidade da luz • Medições de tempo muito precisas: GPS, relógios atômicos, aceleradores, FPE, ... • É MESMO UMA TEORIA MUITO BEM TESTADA !

  10. A MECÂNICA QUÂNTICA Em 1900 Max Planck deu início à construção das leis da física quântica podemos resumi-la assim:

  11. Planck resolveu o chamado PROBLEMA DO CORPO NEGRO resumido na figura  E=h h=6.58211889(26)x10-22MeV.s

  12. Depois de mais de duas décadas de pesquisa teórica e experimental, ficou claro que as leis físicas do mundo atômico são diferentes das leis dos “corpos macroscópicos”. Essas leis constituem a MECÂNICA QUÂNTICA. Podemos resumi-las nas chamadas RELAÇÕES DE INCERTEZA de Heisenberg:  [x,px]=i(2)-1h Conseqüência: todos os corpos materiais têm propriedades ondulatórias

  13. No Sec. XIX • Partículas  Radiação (ondas) • Partículas: Leis de Newton • Radiação: teoria eletromagnética, equações de Maxwell

  14. p=h De Broglie (1923): Broglie=h/mv

  15. O fenômeno de difração e interferência ocorre com ondas de luz (esquerda) ou com elétrons (direita). Dessa forma MATÉRIA E RADIAÇÃO são tratadas da mesma maneira

  16. Um dos resultados das leis da mecânica quântica foi a explicação da Tabela periódica dos elementos químicos

  17. Ou novos materiais plásticos condutores! (IFUSP/São Carlos)

  18. A MQ ... • Distâncias muito pequenas, de moléculas a átomos, enlaces químicos, núcleos, ... • Exceções: superfluidez, supercondutividade, o condensado de Bose-Einstein, ... • Por sorte, seus efeitos são desprezíveis com corpos macroscópicos, assim, podemos viajar de carro, de avião e nos sentir seguros em casa: ninguém vai entrar pela porta ... por tunelamento

  19. Nos anos 30 ficaria claro que a mecânica quântica podia aplicar-se aos fenômenos nucleares. Mais tarde (nos anos 50) os físicos compreenderam que também se aplicaria à física das partículas elementares (distâncias sub-nucleares). Neste caso, era necessário aplicar também a teoria da relatividade especial (TRE). À combinação da MC y TRE chama-se TEORIA QUÂNTICA DE CAMPOS, que é o formalismo matemático usado na descrição das interações entre partículas fundamentais.

  20. FPE união de: • Raios cósmicos • Física nuclear • Mecânica quântica relativista (teoria quântica de campos)

  21. O resultado de mais de um século de pesquisas levou à “observação” de distâncias cada vez menores

  22. MQ + TRE implicam a existência de: • Partículas virtuais. E2 - P2 M2 ; E  pc. são do mesmo tipo das partículas usuais. Seu efeito pode ser “visto” em fenômenos macroscópicos (efeito Casimir, deslocamento de Lamb, etc) • Anti-partículas, ou anti-matéria. O pósitron é a anti-partícula do elétron (antipróton, etc).

  23. METODOLOGIA DA FÍSICA DE PARTÍCULAS ELEMENTARES • Radioatividade natural • Raios cósmicos • Aceleradores • Teoria • De novo os raios cósmicos (Sex. XXI)

  24. Por exemplo • Radioatividade natural: próton (1920), neutrinos (1930), nêutron (1932) • Raios cósmicos: pósitron, muon, pion, kaons, etc • Aceleradores: todas as esperadas • Teoria: neutrino, pion, ... • De novo os raios cósmicos: oscilação de neutrinos, Projeto Auger, ???

  25. TUDO COMEÇOU EM 1897 J. J. THOMSON: O elétron! http://www.aip.org/history/electron http://www.sciencemuseum.org.uk/on-line/electron/index.asp Em 1911 E. Rutherford descobre o núcleo atômico

  26. Ferramentas principais • Aceleradores: aceleram partículas que colidem: e+e-, pp, ppc , criam (novas) partículas, E=mc2 • Detectores, “vem” as partículas após a colisão

  27. Aceleradores: microscópios sub-atômicos: Resolução: Broglie=h/mv

  28. NOVOS QUARKS: 1974: charm c, 1977 bottom b 1995 foi descoberto o quark t ( FERMILAB)

  29. Aceleradores:

  30. FERMILAB 6.3 km e Main injector 3.2 km

  31. LEP (LHC) 27 km no CERN

  32. Acelerador linear de Stanford 3 km

  33. Os detectores são de uma grande variedade, das telas dos televisores até gigantescos Detectores modernos

  34. A partícula 0 foi descoberta nos raios cósmicos em 1949. Foi a primeira partícula “estranha” descoberta numa câmara de nevoa. À direita outras “ressonâncias”descobertas no CERN nos anos 60

  35. Antes por exemplo CERN: Depois Descoberta de W, Z0

  36. Aceleradores: usos múltiplos • Análise de materiais • Espectrometria em ciências ambientais • 15 000 aceleradores para implementação de ions, modificação de superfícies, esterilização e polimerização • Cirurgia por radiação (gerada por partículas aceleradas) e terapias do câncer

  37. ... • 5000 aceleradores em hospitais • Produção de isótopos marcadores úteis em medicina, biologia e ciência dos materiais • Fonte de nêutrons (terapia de nêutrons mais adiante) e fótons (luz síncrotron, para uso de litografia por sua energia bem definida) e ...

  38. E não esqueçam: Seus televisores !

  39. Detectores: múltiplos usos • Medicina: Charpak (Nobel de 1992) • Ciências da Terra: Blackett (Nobel 1948)

  40. Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET) PC-I, o primeiro aparelhp PET

  41. Ressonância magnética nuclear

  42. Terapia por captura de nêutrons pelo Boro

  43. CAMPOS FUNDAMENTAIS • Escalares e/ou pseudoescalares: Higgs H0, … • Vetoriais sem massa: Maxwell ou campo eletromagnético A, os gluons, Ga, ... • Vetoriais com massa: campos de Proca, Z0,W, … • Campos espinoriais: elétron e-, … • Outros campos …

  44. … E • Lagrangianas • Simetrias: locais, globais, internas, geométricas

  45. CLASSIFICAÇÃO DAS PARTÍCULAS ELEMENTARES • Férmions e bósons • Hádrons: Bárions e mésons • O caminho do octeto • Quarks e léptons • Transmissores das forças

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