João Torres IF - UFRJ

1. À procura do infinitamente pequeno João Torres IF - UFRJ

2. Universo Universo (observado) partículas peixinho de aquário Everest átomos diâmetro da Via-Láctea baleias Terra - Sol 0.01 = 10-2 1000 = 103

3. Ciência fundamental Estuda as profundezas da estrutura da matéria A natureza do espaço e do tempo A origem, evolução e o destino do Universo Cosmologia Física de Partículas

4. introdução histórica teoria fundamentos experim. questões atuais tecnologia sociologia O que é a matéria? Qual a resposta da ciência contemporânea ? Como esta resposta é construída ? modelo padrão

5. Por que estudar as partículas?

6. Porque tudo é feito delas: estrelas, árvores, pessoas, água... Porque o estudo das partículas nos revela como o universo funciona... Porque sempre se pode descobrir coisas inesperadas que nem sequer desconfiamos... Porque procurar partículas é divertido e interessante...

7. Na realidade não sabemos de nada, pois a verdade jaz nas profundezas... Demócrito Filósofos gregos Relações matemáticas na natureza Átomo Elemento unificador Realidade última é distinta da realidade aparente

8. Um átomo para cada tipo de elemento • Átomos idênticos Dalton: • Ordem por peso atômico • Propriedades similares em colunas Mendeleyev: (1870) • germânio • gálio • escândio Preditos três novos elementos: Triunfo da tabela periódica e da hipótese atômica A tabela periódica Mec. quântica: explicou com detalhes 60 anos depois!

9. O átomo moderno Thompson, Crookes (1897) Tubo de raios catódicos Descoberta do elétron Início da física de partículas! objeto neutro Vários modelos para o átomo Pudim de passas: uma bola de carga positiva com elétrons dentro

10. Radiação Röntgen 1896 Descoberta dos raios X

12. núcleos de hélio fonte amostra radioativa chumbo elétrons radiação P. Curie, M. Curie, Bequerel 1903 de descobertas interessantes a ferramentas fundamentais

13. Experimento de Rutherford partículas numa folha fina de ouro deflexões pequenas

14. Experimento de Rutherford "Foi como se um tiro de arma pesada fosse disparado numa folha de papel e a bala ricocheteasse!"

15. Experimento de Rutherford Toda a matéria concentrada no núcleo • bola de ping-pong no meio do Maracanã • elétrons circulando nas arquibancadas Escala: Vazio! Experimento padrão da física de partículas (espalhamento)

17. Câmaras de Bolhas

18. Realidade das Partículas Elementares "O fato de se ver uma partícula elementar, ainda que de forma indireta - numa câmara de bolha ou de nuvens - dá suporte à visão de que as menores unidades da matéria são objetos físicos reais, existindo no mesmo sentido que as flores e as pedras o fazem." Werner Heisenberg, "The Physicist's Conception of Nature"

19. Mecânica quântica + relatividade Dirac (1930) duas soluções pósitron Anderson (1934) matéria antimatéria energia + Antimatéria

20. Antipróton

21. propriedades bem definidas decaimento Como entender? Zoológico de partículas 1960: centenas de novas partículas descobertas laboratório raios cósmicos

22. Modelo Padrão Toda a matéria é composta de partículas elementares, os quarks e os léptons As partículas interagem trocando outras partículas

23. u u u up d d down u d e d elétron e neutrino Primeira família próton neutron

24. u up d down e elétron tau e neutrino Partículas Elementares Quarks c t top charme s b estranho beleza H higgs Léptons múon neutrino neutrino

25. Experimentos de laboratório Raios cósmicos Meteoritos Rochas do mar Onde estavam os quarks? Quarks são objetos matemáticos que não possuem realidade física???

26. Espalhamento Inelástico Profundo Versão mais refinada do experimento de Rutheford (SLAC, 1968) Elétrons incidindo em prótons e neutrons Dez vezes mais elétrons sendo espalhados em grandes ângulos Quarks???

27. sistema continua o mesmo após uma transformação Simetria: Simetrias e Quarks Modelo matemático dos quarks: simetria Um conjunto de transformações que não modifica o sistema forma uma estrutura conhecida como um grupo Matemáticos já tinham catalogado os grupos

28. Será tão fácil assim? Tudo feito de quarks e elétrons?

29. 1685 3 sss 2 1530 dss uss 1 1385 dds uds uus 0 1236 ddd udd uud uuu -1 0 1 2 Ômega

30. massa: MeV Ômega 31 de Janeiro de 1964 31 autores

31. Gravidade Forte Fraca Eletromagnética Modelo Padrão: Interações

32. fóton g glúon Z w bóson Z bóson W Interações eletromagnética forte fraca

33. gravitacional infinito todas infinito eletromagnetica carregadas quarks e léptons fraca 1 quarks e glúons forte Interações alcance (m) intensidade quem sente

34. momento magnético x teoria: exp. : t Eletromagnética

35. relógio fosforescente energia do sol u d u d u d Força fraca

36. Força Forte Núcleo: resíduo da força entre os quarks Gluons interagem entre si, além de mediarem a força forte

37. Quarks: prisão perpétua

38. Jatos Z

39. Jatos no laboratório

41. Vendo o invisível Comprimento de onda da luz determina o tamanho do objeto que pode ser visto luz m m bactéria m moléculas

42. Super microscópios

43. LEP a máquina mais complexa do mundo

44. Túnel encurvador rádio-freqüência focalizador

45. pósitron (antimatéria) elétron (matéria)

46. Aleph opal

47. O que se mede diretamente • posições sucessivas das partículas (trajetórias) • energia • momentum • carga

48. magneto tracking calorimetro em. câmaras de múons Esquema de um detetor calorimetro hadronico.

49. Partículas nos sub-detetores câmaras de múons tracking cal. em. cal. had. fótons

50. Tecnologia associada Eletrônica rápida Engenharia mecânica Engenharia elétrica Supercondutividade Alto vácuo Química de gases Baixas temperaturas