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MasterClass 2010

MasterClass 2010. SPRACE Centro Regional de Análise de São Paulo. 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

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Presentation Transcript

  1. MasterClass 2010 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 SPRACE

  3. Parte 1 Do que o mundo é feito: As partículas e suas interações SPRACE

  4. Do que é feito o Universo? China 5.000 AC Grécia 500 AC Mendeleiev 1850 Século XX SPRACE SPRACE 4

  5. Física de Partículas??? • “Física de Partículas” é uma maneira vaga de se falar… Esse é o nome moderno que se dá ao antigo esforço de compreender as leis da Natureza • Nós usamos “Física de Partículas” como uma abreviatura para essa longa e difícil busca pois durante o século XX as partículas subatômica desempenharam um importante papel Edward Witten Public Lecture at the 34th International Conference on High Energy Physics (ICHEP08) SPRACE

  6. SPRACE

  7. Do Átomo aos Quarks 10-9 SPRACE

  8. As 3 Famílias Essas 3 partículas formam todo o universo! Quarks Leptons up charm tau elétron múon top down strange bottom neutrino do tau neutrino do elétron neutrino do múon

  9. Os Sabores charm elétron top neutrino do múon down strange SPRACE

  10. Construindo o Universo elétrons Átomo de Hélio prótons nêutrons Multiplique isso agora por bilhões e bilhões e bilhões … SPRACE

  11. E você terá o Universo SPRACE

  12. Átomos SPRACE

  13. E a antimatéria? Para cada tipo de partícula Existe uma antipartícula Mas até onde sabemos, o Universo é composto basicamente de matéria. anti-up pósitron up elétron neutrino do elétron anti-down Antineutrino do elétron down Partículas e antipartículas possuem carga elétrica oposta (e sabor e cor) mas mesma massa (e spin)

  14. Matéria versus Antimatéria Anti-Tom Hanks Tom Hanks Seria na realidade muito parecido com ele

  15. Matéria versus Antimatéria Mas quando eles se encontram… SPRACE

  16. As Forças da Natureza 10-2 1 Força Forte Força Eletromagnética 3H 3He 10-40 10-5 Força Fraca Força gravitacional SPRACE

  17. A cor Interação Eletromagnética Interação Forte + − + + − − SPRACE

  18. A cor: bárions e mésons Bárions Mésons SPRACE

  19. Interações, Sabor e Cor • Interação Forte: troca a cor • Interação Fraca: troca o sabor q (verde) q (azul) g (azul- antiverde) u (+2/3) d (-1/3) W (-1) SPRACE

  20. Férmions: Léptons • Elétron: • 1897 Thomson • Múon: • 1937 Neddermeyrer, Anderson • Tau: • 1975 Perl • Neutrino do Elétron • 1956 Cowan, Reines • Neutrino do Múon • 1962 Lederman • Neutrino do Tau • 2000 DONUT Collab., Fermilab SPRACE

  21. Férmions: Quarks • Up, Down, Strange • 1964 Gell Mann • Charm • 1974 Ting, Richter • Bottom • 1977 Herb et al. • Top • 1995 CDF, DØ SPRACE

  22. Bósons Intermediários • Fóton • 1923 Compton • W e Z • 1983 UA1/2 Collab. (CERN) • Glúon • 1979 MARKJ/TASSO/PLUTO/JADE (Desy) SPRACE

  23. u d Massas muito diferentes t c s b p SPRACE

  24. Léptons Eletromagnética Forte Carga Elétrica Gluons (8) Fóton Tau Tau -1 0 Neutrino Muon Muon -1 0 Neutrino Quarks Átomos Luz Elétron Elétron -1 0 Neutrino Química Mesons Eletrônica Barions Núcleo Quarks Fraca Gravitacional Carga Elétrica Bosons Graviton ? Bottom Top -1/3 2/3 (W,Z) Strange Charm -1/3 2/3 Decaimento do Nêutron Down Sistema Solar Up Radioatividade Beta -1/3 2/3 Galaxias Interação dos Neutrinos Buracos Negros Brilho do Sol cada quark: R , B , G 3 cores Resumo: Partículas e Interações SPRACE

  25. 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? SPRACE

  26. SldesExtras SPRACE

  27. O Campo de Higgs • Uma sala cheia de cientistas conversando é parecido com o espaço preenchido apenas pelo campo de Higgs • Quando um cientista famoso entra na sala ele causa uma tumulto e atrai vários admiradores para junto de si • Isso aumenta a sua resistência ao movimento, ou ele adquire massa como uma partícula se movendo no campo de Higgs SPRACE

  28. E o Bóson de Higgs... • Se um rumor é anunciado através da sala... • Cria uma espécie de aglomeração, só que agora, entre os próprios cientistas que estão na sala. Esses aglomerados são parecidos com o bósons de Higgs SPRACE

  29. O brilho das estrelas e a interação fraca • Estrelas convertem H em He através de: • Cadeia próton-próton (pp) • Ciclo carbono-nitrogênio-oxigênio (CNO) • A cadeia pp é a mais importante em estrelas menores como o Sol • Devido a barreira eletromagnética, esse processo é muito lento (10 bilhões de anos): por isso o Sol brilha a tanto tempo. • Ocorre em 2 etapas • Fusão de 2 núcleos de H dando 3H • Pósitron emitido se aniquila com elétron dando origem a 2 fótons • Fusão núcleo de deutério e H • Dando origem a 3He e 1 fóton SPRACE

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