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Física Cuántica II Física de Partículas I Juan Abel Barrio Uña Universidad Complutense de Madrid, Mayo 2008.

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1 Física Cuántica II Física de Partículas I Juan Abel Barrio Uña Universidad Complutense de Madrid, Mayo 2008

2 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 2 Física de Partículas Ladrillos y cemento: EM DEBIL Intensidad: Alcance: fm1 fm

3 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 3 Modelo Estandar Física de Partículas Experimental Fenomenología Índice Más allá Agradecimientos: Alonso & Finn; Serway & Jewett; Halzen & Martin; WWW via Google.

4 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 4 Modelo Estandar Física de Partículas Experimental Índice Fenomenología Partículas y antipartículas Más partículas Leyes de conservación Leptones y Quarks Más allá

5 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 5 Partículas y antipartículas Positrones y otras antipartículas

6 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 6 Partículas y antipartículas Un poco de teoría Ecuación de Dirac Diagramas de Feynman:

7 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 7 Modelo Estandar Física de Partículas Experimental Índice Fenomenología Partículas y antipartículas Más partículas Leyes de conservación Leptones y Quarks Más allá

8 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 8 El Zoo de las Partículas Neutrinos q =0 ; m 0 (Pauli) q =0 ; m 0 (Pauli) S S

9 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 9 El Zoo de las Partículas Partículas en los Rayos Cósmicos Rarito !!

10 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 10 Cámara de Niebla: Cámara de Burbujas: El Zoo de las Partículas Detección de Partículas Isotermas de Andrews Cámara de Burbujas:

11 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 11 El Zoo de las Partículas Partículas Inestables

12 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 12 El Zoo de las Partículas Aceleradores: más partículas, es la guerra !!!

13 Física Cuántica II Física de Partículas II Juan Abel Barrio Uña Universidad Complutense de Madrid, Mayo 2008

14 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 14 Física de Partículas Ladrillos y cemento: EM DEBIL Intensidad: Alcance: fm1 fm

15 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 15 El Zoo de las Partículas Leptones: electrones y sus hermanos Puntuales Fuerzas Débil, EM Peso ligero E = mc 2 m p ~ 1 GeV ¿¿ Ligero ??

16 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 16 El Zoo de las Partículas Hadrones: mesones y bariones No puntuales Débil, EM, fuerte Peso medio Peso pesado

17 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 17 El Zoo de las Partículas Partículas extrañas Producción por pares: (rápida fuerte) Desint. lenta débil

18 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 18 Modelo Estandar Física de Partículas Experimental Índice Fenomenología Partículas y antipartículas Más partículas Leyes de conservación Leptones y Quarks Más allá

19 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 19 –Cambios de fases locales TQC Leyes de Conservación Simetrías en acción Noether: Por cada simetría continua existe una cantidad conservada Simetrías espacio-temporales Simetrías internas Simetrías discretas: C, P, T –Traslación espacio-temporal p i = cte, E = cte –Rotación L i = cte –Cambio de fases globales Q i = cte N os Cuánticos Dinámica Clasificación

20 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 20 L e : 0-10 L e : Leyes de Conservación Clasificación de partículas Conservación del Nº Bariónico: B Conservación del Nº Leptónico: L –Bariones: B=1; Antibariones: B = -1; Resto: B = 0 –Leptones: L=1; Antileptones: L = -1; Resto: L = 0 –Cada familia leptónica tiene uno propio L e : B: L e :00+1 0

21 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 21 Leyes de Conservación Clasificación de hadrones Conservación de la extrañeza: S B: S : OK Fuerte OK B: S :-100 OK Débil NO

22 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 22 Leyes de Conservación Clasificación de hadrones (cont.) Tabla periódica S=+1 S=0 S=-1 K+K+ K0K0 K-K K0K0 _ SPIN = 0 SPIN = 1/2 ¡¡ Estructura !!

23 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 23 Leyes de Conservación Simetrías discretas: C, P, T P C Débil: viola C, viola P, conserva CP dinámica

24 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 24 Modelo Estandar Física de Partículas Experimental Índice Fenomenología Partículas y antipartículas Más partículas Leyes de conservación Leptones y Quarks Más allá

25 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 25 Leptones y Quarks Estructura de los hadrones Rutherford 1912 e-e-e-e-

26 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 26 Leptones y Quarks Estructura de los hadrones (cont.): S=+1 S=0 S=-1 K0K0 K-K us _ SPIN = 0 K0K0 _ ds _ du _ su _ K+K+ ud _ sd _ uu-dd _ _ Multipletes de SU(3)

27 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 27 Leptones y Quarks Quarks: todos los sabores barion meson

28 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 28 Leptones y Quarks Quarks: todos los colores u Exclusión Color R G B

29 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 29 Leptones y Quarks Resumen final 1ª generación Materiaordinaria 2ª generación Rayoscósmicos 3ª generación Aceleradores 0.1 GeV 4.5 GeV 1.7 GeV 1.8 GeV 175 GeV E = mc 2 m p ~ 1 GeV

30 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 30 Leptones y Quarks ¿Sólo tres generaciones? ¡¡ SÍ !!

31 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 31 Leptones y Quarks Jerarquía de masas: Campo de Higgs

32 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 32 Leptones y Quarks ¿ Y las fuerzas ? EM DEBIL Mediadores TQC Modelo Estandar

33 Física Cuántica II Física de Partículas III Juan Abel Barrio Uña Universidad Complutense de Madrid, Mayo 2008

34 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 34 Física de Partículas Ladrillos y cemento: EM DEBIL Intensidad: Alcance: fm1 fm

35 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 35 Fenomenología Física de Partículas Experimental Índice Modelo Estandar De la Mecánica Cuántica a QED Teoría electrodébil: SU(2)xU(1), Higgs. QCD Unificación Más allá

36 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 36 Teoría Cuántica de Campos Física Antigua Mecánica Lagrangiana: Dinámica Relativista: Mecánica Cuántica:

37 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 37 Teoría Cuántica de Campos Mecánica Cuántica Relativista Ecuación de Dirac libre: Ecuación de Maxwell: Ecuación de Dirac con interacción:

38 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 38 Teoría Cuántica de Campos Simetrías en acción Noether: Por cada simetría continua del lagrangiano, existe una cantidad conservada –Cambios de fases locales TQC Simetrías espacio-temporales Simetrías internas –Traslación espacio-temporal p i = cte, E = cte –Rotación L i = cte –Cambio de fases globales Q i = cte N os Cuánticos Dinámica

39 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 39 Teoría Cuántica de Campos Electrodinámica Cuántica (QED) Lagrangiano libre Invariancia gauge local U(1) Lagrangiano QED Campo gauge Fase local Campo del fotón (mediador)

40 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 40 Teoría Cuántica de Campos QED (continúa) Diagramas de Feynman (de verdad): Amplitud Sección eficaz (nb)

41 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 41 Teoría Cuántica de Campos QED (continúa): Renormalización Carga eléctrica corredora:

42 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 42 Fenomenología Física de Partículas Experimental Índice Modelo Estandar De la Mecánica Cuántica a QED Teoría electrodébil: SU(2)xU(1), Higgs. QCD Unificación Más allá

43 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 43 Teoría Electrodebil Corrientes cargadas y neutras QZQZQZQZ QWQWQWQW (nb)

44 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 44 Fenomenología Física de Partículas Experimental Índice Modelo Estandar De la Mecánica Cuántica a QED Teoría electrodébil: SU(2)xU(1), Higgs. QCD Unificación Más allá

45 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 45 QCD Quarks y gluones coloreados Carga de color –Quarks R, G, B –Bariones blancos: RGB –Mesones negros: RR – –Gluones GB _ –Cte. de acoplo s Confinamiento –Quarks vestidos –Libertad asintótica

46 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 46 Modelo Estandar Resumen final

47 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 47 Fenomenología Física de Partículas Experimental Índice Modelo Estandar De la Mecánica Cuántica a QED Teoría electrodébil: SU(2)xU(1), Higgs. QCD Unificación Más allá

48 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 48 Fenomenología Modelo Estandar Índice Física de Partículas Experimental Aceleradores Detectores Beyond LHC Más allá

49 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 49 Aceleradores de partículas Colisionadores Baratos Mult. pruebas: –e + e -,pp, + -,… _ Más energía Radio de giro

50 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 50 Aceleradores de partículas Blanco fijo Sencillos Part. inestables – Costosos

51 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 51 Aceleradores de partículas LHC: Colisionador pp ultratodo 14 TeV en CM _ 9 km ¡¡27 km a 3 K !!

52 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 52 Fenomenología Modelo Estandar Índice Física de Partículas Experimental Aceleradores Detectores Beyond LHC Más allá

53 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 53 Detectores de partículas Las capas de la cebolla Compact Muon Solenoid

54 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 54 Detectores de partículas CMS en acción

55 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 55 Fenomenología Modelo Estandar Índice Física de Partículas Experimental Aceleradores Detectores Beyond LHC Más allá

56 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 56 Beyond LHC Nuevos aceleradores Linear Collider 33 km Tesla

57 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 57 Beyond LHC Nuevos aceleradores Muon Collider

58 Juan Abel Barrio Uña, UCM, Mayo 2008 Física de Partículas, Física Cuántica II 58 Asimetría materia-antimateria Oscilaciones y masas de neutrinos Origen de la masa: Higgs Mas allá SUSY, Gran unificación, supercuerdas …


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