EL BOSON DE HIGGS

1. EL BOSON DE HIGGS “La particula de Dios” DionicioCubulè Boch Carne: 201214087

2. 1 2 3 4 5 FINAL EL BOSON DE HIGGS Indice Introducciòn Contenido Indice

3. Introducciòn • El boson de Higgs, esuna de lasparticulas, de la que se compone la materia, paracomprendermejorveremosconceptosquenosllevaranpor el mundo de la materia, en donde el espacio, y nosotros, somos parte de ella.

4. Es el atomo fundamental Alrededor de 1900, la gente pensaba que los átomos eran pequeñas bolitas . Los atomos son categorizados de acuerdo a las similitudes en sus propiedades químicas (como se hace en una tabla periódica), sugiere que los átomos no son fundamentales. Experimentos realizados usando partículas como sondas, que "miraron" dentro del átomo, indicaron que los átomos tienen estructura y no son sólo bolitas permeables. Estos experimentos ayudaron a los científicos a determinar que los átomos tenían un núcleo positivo, denso y una nube de electrones (e).

5. Es el nucleo Fundamental • Muchos años más tarde, los científicos descubrieron que el núcleo está compuesto de protones (p) y neutrones (n).

6. Son fundamentales los protones y neutrones • Resulta que incluso los protones y los neutrones no son fundamentales -- están compuestos por partículas más fundamentales llamadas quarks. • Los físicos ahora creen que los quarks y los electrones SON fundamentales. (Esta es una pregunta que sólo puede responderse en forma experimental.)

7. El modelo atómico distorsionado (animado) Un modelo de átomo muy distorsionado. Si esta figura estuviera dibujada a escala, con los protones y neutrones 1 centímetro de diámetro, entonces los electrones y los quarks serían más pequeños que el diámetro de un pelo y el diámetro del átomo entero sería más grande que el largo de 30 campos de fútbol. Y todas estas partículas están constantemente en movimiento.

8. Es posible que no sean fundamentales sino que esten compuestos por otras particulas mas fundamentales Son mas pequeños que 10 a la (-18) metros, es posible que no tengan volumen QUARKS ELECTRONES PROTONES Y NEUTRONES Estan compuestos por Quarks que estan compuestos posiblemente por partículas mas fundamentales Los quarks y la escala de las cosas

9. Las partículas fundamentales Los físicos buscan partículas no descubiertas para tratar de comprender como funciona el universo. Y siempre se preguntan si, tanto las nuevas partículas como las partículas ya conocidas, serán verdaderamente fundamentales. • Los físicos han descubierto cerca de 200 partículas (muchas de las cuales no son fundamentales). Son nombradas con letras de los alfabetos romano y griego.

10. El Modelo Standard • Los físicos han desarrollado una teoría llamada el Modelo Standard, que intenta describir toda la materia y todas las fuerzas existentes en el universo (excepto la gravedad). Justifica la existencia de cientos de partículas e interacciones complejas, sobre la base de sólo unas pocas partículas e interacciones fundamentales. Esto quiere decir que hay dos clases de partículas ahhhh. LAS IDEAS BASICAS SON . Partículas materiales la mayoría de las partículas están compuestas en realidad de partículas más fundamentales llamadas quarks. Hay otra clase de partículas fundamentales llamadas leptones (el electrón es un ejemplo). Partículas portadoras de fuerza: Cada tipo de fuerza fundamental es "transportada" por una partícula portadora de fuerza (el fotón es un ejemplo).

11. Un resumen del Modelo Standard • Lo que hace que el Modelo Standard sea tan amplio es el hecho que todas las partículas observadas pueden ser explicadas con: 6 tipos de leptones • 6 tipos de quarks, y... • partículas portadoras de fuerza • El resto de esta sección le explicará estas partículas. • Para cada una de las partículas materiales, hay una partícula correspondiente de antimateria.

12. neutrino MUON Text Text Text Text LEPTONES neutrino ELECTRON Hay seis leptones; tres de ellos tienen carga eléctrica y los otros tres no. Los leptones cargados son todos negativos. En el diagrama los tres leptones grandes con carga eléctrica , cada uno por un leptón huidizo llamado neutrino sin carga, cada leptón tiene una partícula antimateria (anti leptón) de igual masa pero que tiene una carga eléctrica opuesta. TAU neutrino

13. Leptones solitarios • Los leptones, pueden existir sin necesidad de la compañía de otras partículas. Los quarks, en cambio, sólo se encuentran en grupos. Hasta este momento no hay evidencias de que los leptones tengan alguna estructura interna o tamaño.

14. DOWN QUARKS Los primeros tienen valor de 2/3 UP, TOP Y BOTTOM los de abajo tienen valor de -1/3 Text Text CHARM TOP STRANGE BOTTOM QUARKS UP Hay seis quarks, pero los físicos hablan usualmente de tres pares de quarks, estos tienen una característica inusual de tener carga eléctrica fraccionaria, de valor 2/3 ó -1/3, a diferencia de la carga del electrón -1 y protón +1. Para cada uno de estos quarks hay un correspondiente quark de antimateria o antiquark.

15. Hadrones: sociedades de Quarks Los quarks sólo existen agrupados con otros quarks. Los quarks individuales tienen cargas eléctricas fraccionarias, no son observadas directamente porque estos nunca estan solos, por el contrario, los quarks forman partículas compuestas llamadas hadrones. La suma de las cargas eléctricas de los quarks, constituyen un hadrón, siempre es un número entero. Los quarks individuales llevan carga de color, los hadrones son de color neutro. Hay dos clases de hadrones . Los bariones son los hadrones constituidos por tres quarks (qqq). Por ejemplo, los protones son 2 quarks up y 1 quark down (uud) y los neutrones son 1 up y 2 down (udd). Los mesones contienen un quark ( ) y un antiquark ( ). Por ejemplo, un pión negativo ( ) es ( )

16. Las Generaciones de la Materia • Los quarks como los leptones están clasificados en 3 conjuntos. A cada uno de estos conjuntos se le denomina una generacion. Una generación es un grupo formado por un quark y un leptón de cada uno de los tipos de carga. Cada generación es más pesada que la generación previa. Toda la materia en el universo está formada por partículas de la primera generación: quarks up y down, y electrones. Las partículas de la segunda y tercera generaciones son inestables y decaen hacia partículas de la primera generación. Esta es la razón por la cual toda la materia estable en el universo está constituida por partículas de la primera generación.

17. Por qué existen generaciones de materia? • Surge la pregunta: si nosotros casi nunca observamos las generaciones más pesadas de las partículas materiales en nuestro universo, �por qué existen? Realmente cuando el muón () fue descubierto en 1936, el físico I.I. Rabi preguntó, • Si no entendemos por qué existen la segunda y tercera generaciones de partículas, tampoco podemos desechar la posibilidad de que existan aún más quarks y leptones, con masas aún mayores

18. Partículas materiales del Modelo Standard • Ya hemos discutido las partículas materiales descriptas por el Modelo Standard. En resumen...

19. Qué mantiene unido el mundo? • Hemos contestado la pregunta "�De qué está hecho el mundo?" • QUARKS y LEPTONES • Pero, ahora piense, • �Qué lo mantiene unido?

20. FUERZA El efecto que aparece sobre una partícula debido a la presencia de otra partícula. INTERACCION . . Las Cuatro Interacciones El universo existe debido a las partículas fundamentales que interactúan, ya sea porque decaen o se aniquilan, o bien porque responden a una fuerza por la presencia de otra partícula.Hay cuatro interacciones entre partículas, Se dan dos definiciones. Las fuerzas y los decaimientos que afectan a una partícula dada. Los dos términos son usados comúnmente pero los físicos prefieren la palabra "interacciones."

21. Cómo interactúan las partículas de materia? • Lo que importunó a los físicos hace muchos años, es: "�cómo interactúan entre sí las partículas de materia?" Si usted toma dos imanes y acerca los polos norte de ambos, uno hacia el otro, los imanes se repelen mutuamente -- sin tocarse entre sí! �Cómo es posible ejercer una fuerza sobre una cosa sin tocarla? Es fácil de decir que, "los imanes tienen un campo de fuerza electromagnética,”�cuál ES la fuerza que los imanes se ejercen uno al otro?

22. El efecto de lo invisible • Una pista importante acerca de la verdadera naturaleza de las fuerzas, provino de un cuidadoso estudio de las interacciones entre partículas materiales. Para hacer una analogía, imagine que usted vio lo siguiente: • Sucede que todas las interacciones (fuerzas), que afectan a las partículas materiales, son producidas por un intercambio de partículas portadoras de fuerza. Lo que nosotros comúnmente llamamos "fuerzas" son los efectos causados por las partículas portadoras de fuerzas sobre las partículas materiales.

23. Pregunta sobre la atracción entre masas • Observemos estas fuerzas. • �Qué fuerza hace que Usted permanezca unido a la Tierra?

24. Gravedad • La fuerza gravitacional es la fuerza más familiar para nosotros, pero no está incluída en el Modelo Standard, porque sus efectos son muy diminutos en los procesos entre partículas. Aún cuando la gravedad actúa sobre todas las cosas, es una fuerza muy débil, a menos que haya grandes masas involucradas. No han descubierto la partícula portadora de la gravedad, predicen la existencia de esta partícula y la llaman el "gravitón."

25. Electromagnetismo • La fuerza que ejerce el piso sobre nuestros pies, se deben en realidad a fuerzas electromagnéticas dentro de los materiales, que se oponen a que los átomos se desplacen. • Dos objetos cargados con cargas de signo opuesto, como ocurre por ejemplo con un protón y un electrón, se atraen entre sí, mientras que dos partículas con carga de igual signo se repelen entre sí. • La particula portadora de fuerza electromagnetica son los fotones.

26. Electromagnetismo: La Gran Pregunta • �Qué hace que los átomos se unan para formar moléculas, si la mayoría de los átomos no tiene carga eléctrica? • Los átomos están hechos de componentes cargados. Las partes cargadas de un átomo pueden interactuar con las partes cargadas de otro átomo. Ésto permite que los diferentes átomos estén ligados por un efecto llamado fuerza electromagnética residual. Por lo tanto, la fuerza electromagnética es responsable de toda la química la biología, y la vida misma!.

27. Las dos últimas interacciones • Existen otras dos interacciones, que nosotros no notamos, ya que su alcance no es mucho mayor que el tamaño del núcleo de un átomo. Nosotros dependemos de estas dos fuerzas para la existencia de la materia de la que está hecho el mundo, Y los procesos de decaimiento que hacen inestable cierto tipo de materia. Tienen impacto sobre los objetos más pequeños del universo pero también sobre los más grandes.

28. La unión del núcleo • Qué mantiene unido al núcleo? Deberíamos esperar que el núcleo de un átomo explotara, debido a la repulsión electromagnética entre las cargas de los protones, que tienen el mismo signo. Los núcleos de la mayoría de los átomos son muy estables. • �Qué mecanismo provee la energía requerida para contrarrestar la repulsión electromagnética?

29. por su éxito al “pegar” los quarks entre si Mantiene unidos a los quarks para formar hadrones, sus particulas son llamadas La fuerzafuerte Gluones La fuerza entre particulas Fuerzafuerte Los quarks y gluones Carga de color La interacción fuerte Con cargas de color es muy fuerte y por eso se le llamo Tienen un tipo de carga que no es electromagnetica, llamada

30. Interacción fuerte residual • Aún no hemos contestado la pregunta, �si la fuerza fuerte sólo actúa para mantener unidos los quarks, qué mantiene unido el núcleo. Los hadrones están compuestos por quarks, cargados de diferentes colores, y así, los quarks con cargas de color de un protón pueden "pegarse" con quarks con cargas de color de otro protón, aunque los protones sean de color neutro. Ésto se llama interacción fuerte residual, y es suficientemente fuerte como para contrarrestar la repulsión electromagnética entre los protones. Esto es lo que mantiene unido al nucleo

31. Para producir quarks y leptones mas livianos B Son responsablesquetodos los quarks y leptones mas pesadosdecaigan Cuandounaparticuladecae, elladesaparece y en sulugaraparecen dos o mas particulas A C La interaccion debil Poreso la materiaquenosrodeacontiene solo electrones y los dos quarks mas livianos (up y down) La suma de lasmasas de las particulas essiempremenorque la masa original. D E La InteracciónDébil

32. Resumen de interacciones

33. Clasificación de Partículas • Las partículas de materia y las partículas portadoras de fuerza, o partículas fundamentales. Hay una regla llamada el Principio de Exclusión de Pauli que establece que dos partículas en el mismo estado (idéntico spin, carga de color, momento angular, etc.) no pueden existir en el mismo lugar y al mismo tiempo. • Los físicos usan esta regla para separar las partículas en dos categorías; partículas que están sujetas a la exclusión de Pauli -- los fermiones, y partículas que no están sujetas a la exclusión de Pauli -- los bosones.

34. Fermiones Como consecuencia Los fermiones Las particulas fundamentales Son particulas quetienen un momento angular intrinsecomedido en unidades de (spin), esigual a un numeroimpar de semienteros ½, 3/2,…… De estemomento angular semientero, los fermionesobedecen al principio de exclusion de Pauli. Quarks, leptones , la mayoria de particulas compuestascomoprotones y neutrones son fermiones. Estas particulas no puedencoexistir en unamismaposicion.

35. LOS BOSONES Los bosones son aquéllas partículas que tienen spin entero, medido en unidades de h-barra (spin = 0, 1, 2...). BOSONES EL NUCLEO LOS SIGUENTES SON BOSONES El núcleo de un átomo es un fermión o un bosón, según la suma del número de protones y neutrones sea impar o par. • Las partículas portadoras de las interacciones fundamentales • Las partículas compuestas por un número par de fermiones constituyentes (tales como los mesones)

36. Advertencia sobre los nombres • fuerte bosón mesón encanto gluón hadrón fotón quark barión • Advertencia! • Es importante comprender, que los nombres y descripciones son una pequeña parte de cualquier teoría física. Al estudiar debe enfocar su atención hacia los conceptos y procesos, en lugar de memorizar listas de nombres y masas de partículas.

37. 6 tipos de leptones B Las cuatrofuerzasfundamentalescadauna con suparticulamediadora A C 6 tipos de quarks Resumen del modelo standard Incluye la teoriacuantica de lasinteraccionesfuertes y debilesunificadas. No se sabecomohacerunateoriacuantica de la gravitacion. D E Resumen del modelo Standard

38. Más allá del Modelo Standard • El modelo standard explica muchas de las preguntas acerca de la estructura y la estabilidad de la materia. Sin embargo, el modelo standard es una teoría incompleta. • �Por qué hay tres generaciones de quarks y leptones? • Por qué no puede el modelo standard predecir la masa de una partícula? • �Los quarks y leptones son realmente fundamentales, o están constituidos a su vez por partículas aún más fundamentales?

39. El Modelo Standard no es suficiente • El Modelo Standard proporciona una descripción muy buena de los fenómenos observados en los experimentos, sin embargo todavía es una teoría incompleta. El problema es que el Modelo Standard no puede explicar la causa por la que existen algunas partículas, del modo en que lo hacen. En la vida de todos los días observamos sólo las partículas de la primera generación. • Por qué la naturaleza no "necesita" las otras dos generaciones? up down Neutrinos e- Electrones (e-)

40. Qué hay de las masas? • El Modelo Standard es el hecho que, muchas interacciones fundamentales simplemente no son explicadas por la teoría. Cuál es la causa de la generación y distribución de la masa de las partículas? • Para explicar esta brecha en la teoría del Modelo Standard, los físicos han teorizado la existencia de una partícula llamada el bosón de Higgs. Esta partícula se supone que interactúa con otras partículas, y lo hacen de tal modo que las masas son generadas de manera apropiada. Los bosones de Higgs aún no han sido observados y ni se sabe su existencia.

41. Teorías unificadas • Una de las metas de la física es juntar teorías, aparentemente no relacionadas, en una única teoría, unificada, Hoy en día, una de las mayores metas de los físicos de partículas, es unificar las interacciones fuertes, débiles, y electromagnéticas en una "Teoría Gran Unificada" (T.G.U.). Quizás tal teoría nos podrá contar a qué energías todas las fuerzas se fusionan en una. simple.

42. Teoría Unificada de Todas las Interacciones • En los últimos años de su vida Einstein trató de escribir una teoría que unificara la gravedad con las otras teorías, pero no lo logró. • Quizás los físicos puedan en el futuro llevar a cabo el sueño de Einstein, de una teoría completamente unificada de todas las interacciones.

43. Supersimetría • Muchos físicos han desarrollado teorías sobre la supersimetria, particularmente en el contexto de las Teorías de Gran Unificación, • La teoría supersimétrica postula que cada partícula que nosotros observamos tiene una partícula compañera, masiva, o "sombra". Por ejemplo, para cada quark habría un así llamado "squark".

44. La materia oscura: una revolución • Podemos inferir la existencia de esta "materia oscura", un tipo de materia que no podemos ver, a partir de sus efectos gravitacionales. Hay abundante evidencia circunstancial de que gran parte de esta materia no está compuesta por protones, neutrones, y electrones, como nosotros lo estamos. Materia oscura Materia no Oscura

45. Bosón de Higgs • El bosón de Higgs o partícula de Higgs es una partícula elemental propuesta en el Modelo estándar de física de partículas. Recibe su nombre en honor a Peter Higgs quien, junto con otros, propuso en 1964, el hoy llamado mecanismo de Higgs, para explicar el origen de la masa de las partículas elementales.

46. mecanismo de Higgs

47. Campo de Higgs

48. Mecanismo de Higgs

49. Higgs el bosón es masivo

50. NO POSEE ESPIN NO TIENE CARGA ELECTRICA O DE COLOR ES MUY INESTABLE SE DESINTEGRA RAPIDAMENTE Características Su vida media es del orden del zeptosegundo. En algunas variantes del Modelo estándar puede haber varios bosones de Higgs.