El Maravilloso Mundo de las Partículas Fundamentales José Herman Muñoz Ñungo Grupo QUARK Departamento de Física UNIVERSIDAD DEL TOLIMA Ibagué, 11 de julio.

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1 El Maravilloso Mundo de las Partículas Fundamentales José Herman Muñoz Ñungo Grupo QUARK Departamento de Física UNIVERSIDAD DEL TOLIMA Ibagué, 11 de julio de 2012

2 CONTENIDO  Motivación Estructura de la materia Interacciones Fundamentales El Modelo Estándar Mesones Pesados Decaimientos del B Perspectivas de estudio

3 PREGUNTAS Cuántas partículas constituyentes de la materia conoce? Cuántas interacciones fundamentales en la materia conoce?

4 “…gracias al recientemente descubierto poder de la antimateria. El director del CERN descubre en una de las instalaciones del edificio …antimateriaCERN la sociedad ha robado el contenedor con un cuarto de gramo de antimateria, mientras el contenedor permaneciera conectado en el CERN. La antimateria permanecería flotando en un vacío total creado por arcos magnéticos, aportando seguridad.

5 En 2009, Adrian Helmsley (Chiwetel Ejiofor), un geólogo estadounidense, visita al astrofísico Dr. Satnam Tsurutani (Jimi Mistry) en la India y se entera que los neutrinos de una enorme erupción solar han «mutado» y causan que la temperatura de la corteza terrestre incremente.Chiwetel Ejiofor geólogoastrofísicoJimi Mistryneutrinoserupción solar

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7 12 Dic 2011 - 11:26 pm El Espectador Este martes el Cern anuncia resultados definitivos Más cerca de la 'partícula de Dios' Por: Redacción Vivir El descubrimiento del bosón de Higgs ayudaría a entender cómo se conformó el universo. Desde 1980 se vienen realizando experimentos sin ningún resultado concreto. 22 Dic 2011 - 4:21 pm El Espectador No la usan ni siquiera las instituciones 'La partícula de Dios': término que no les gusta a los científicos Por: Alicia Rivera / El País de España Aclaración en medio de la expectativa por el descubrimiento del bosón de Higgs.

8 29 Abr 2012 - 1:00 am. El Espectador El tiempo. Jueves 3 de mayo de 2012 Físicos creen estar cerca del bosón de Higgs o 'partícula de Dios' Así lo anunciaron desde Ginebra investigadores del Centro Europeo de Investigación Nuclear (Cern). Los físicos que buscan el misterioso bosón de Higgs creen que han ubicado el lugar donde se esconde el elemento que falta en el rompecabezas de las partículas elementales, anunciaron el martes en Ginebra investigadores del Centro Europeo de Investigación Nuclear (Cern).

9 29 Abr 2012 - 1:00 am. El Espectador

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16 ESTRUCTURA DE LA MATERIA

17 0.0000000002 m (2 x 10 -10 m) 5x10 -15 m ElectronesNucleo El átomo

18 El núcleo ProtonesNeutrones

19 Son los protones y neutrones fundamentales?

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21 Relaciones entre las masas de los leptones Masa del electrón (m e ): m e = 0.51 MeV Masa del muón (m muon ): m muon = 105.65 MeV Masa del tao (m tao ): m tao = 1776.84 MeV m muon /m e ~ 207 m tao /m e ~ 3484

22 COMPARACIÓN Hombre de 70 kg Electrón (e - ) Carro de 14.7Ton Muón (μ - ) Avión de 247.8Ton Tau ( )

23 Quarks La gran mayoría de materia que vemos a nuestro alrededor esta hecha de protones y neutrones, los cuales están compuestos de quarks. Carga fraccionaria, sorprendente!!! Cada quark tiene su correspondiente antiquark m top /m up = 8.6 x10 4 m top /m down = 3.4 x10 4 m top /m bottom = 41

24 ESTRUCTURA DEL ÁTOMO

25 m electrón = 0.51 MeV = 9.1x10 -31 Kg m protón = 938.27 MeV = 1.673x10 -27 Kg m neutrón = 939.56 MeV = 1.675x 0 -27 Kg m p / m e = 1839.22 m n /m p ~ 1 RELACIONES DE MASAS

26 Las interacciones fundamentales de la Naturaleza Gravedad Fuerza Fuerte ElectromagnetismoFuerza débil

27 Interacciones Fundamentales

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29 PARTICULAS MEDIADORAS

30 COMPARACIÓN ENTRE LAS INTERACCIONES (I) INTERACCIÓNGRAVITACIONALELECTROMAGNÉTICADÉBILFUERTE propiedadMasa-energíaCarga eléctrica Carga de sabor Carga de color Partículas que afecta todasPartículas con carga Leptones y quarks Quarks y gluones MediadoresGravitón (¿?)fotón Bosones W y Z 0 gluones Intensidad para dos quarks a 10 -18 m 10 -41 10.825 Intensidad para dos quarks a 3 x 10 -17 m 10 -41 110 -4 60 Intensidad para dos protones en el núcleo 10 -36 110 -7 No aplica para hadrones

31 INTERACCIÓNTEORÍAMEDIADOR FUERZA RELATIVA ALCANCE (m) FuerteQCDgluones10 38 10 -15 ElectromagnéticaQEDfotones10 36 infinito Débil Teoría electrodébil Bosones W y Z10 25 10 -18 GravitacionalGravedad cuántica Gravitones (¿?)1infinito

32 Bosón de Higgs La partícula de Dios (León Lederman) Se requiere para poder darle masa a las partículas. Rango de masa: 116 - 130 Gev

33 Modelo Estándar Los físicos han creado una teoría llamada El Modelo Estándar. Es una simple y comprensible teoría que explica las partículas fundamentales y sus complejas interacciones (3). SU(3) C x SU(2) L x U(1) Y Grupo de simetría

34 Modelo Estándar

35 Modelo de Gell-Mann Meson: (quark)x(antiquark) Barion: (quark)x(quark)x(quark)

36 MESÓN

37 BARIÓN

38 Mesones Pesados

39 Como sabemos todo esto?

40 Los Mejores Laboratorios en Física de Altas Energías Fermilab SLAC KEK CERN DESY CESR BNL Super B

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42 Large Hadron Collider (LHC)

43 DECAIMIENTOS

44 DECAIMIENTOS SEMILEPTÓNICOS M B  M= PSEUDOESCALAR, VECTOR, VECTOR- AXIAL, ESCALAR Y TENSOR.

45 M 1, M 2 = PSEUDOESCALAR, VECTOR, VECTOR-AXIAL, ESCALAR Y TENSOR. M1M1 B M2M2 DECAIMIENTO NO-LEPTONICO

46 VIOLACIÓN DE CP Violación de CP: Asimetría entre materia y antimateria.

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48 Large Hadron Collider (LHC)

49 Large Hadron Collider (LHC) (I) http://lhc.web.cern.ch/lhc/ Suiza-Francia circunferencia de 27 km. Tunel: (50 – 175) metros. Colisiones protón-protón energía: 14 Tev. V = 0.999997828 c Costo del acelerador (sin experimentos y computación): 3.03 billones de euros

50 LHC - Experimentos (II) ALICE: A Large Ion Collider Experiment ATLAS: A large Toroidal LHC ApparatuS Ángeles y Demonios CMS: The Compact Muon Solenoid LHCb: Large Hadron Collider beauty experiment

51 LHC (III) the LHC will produce 1 billion proton-proton collision events per second in the detectors. This data will be heavily filtered so that only about 100 events of interest per second will be recorded permanently. Each event represents a few Megabytes of data, so the total data rate from the experiments will be of order 1 Gigabyte per second..

52 LHC(IV) the LHC will produce each year about 15 Petabytes (15 million Gigabytes) of data, the equivalent of about 20 million CDs! Copies of the data will be stored at a dozen major computing centres (Tier-1 centres), and the analysis will be carried out by a Grid of over 100 computer centres in universities and research labs around the world, the Tier-2 centres.

53 LHC (V) “A proton in a beam will make 11 245 turns per second. A beam might circulate for 10 hours, travelling more than 10 billion kilometres ? far enough to get to the planet Neptune and back again.” At full power, each beam will be about as energetic as a car travelling at 2100 kph. The energy stored in the magnetic fields will be even greater, equivalent to a car at 10 700 kph.

54 PARA TERMINAR Materia Antimateria Materia Oscura (23%): - No emite o refleja suficiente radiación electromagnética - Efectos gravitacionales en la materia visible Energía Oscura (72%): Aceleración de la expansión del universo

55 BIBLIOGRAFIA http://www.particleadventure.org/ http://arxiv.org/ http://inspirehep.net/ http://pdg.lbl.gov/ http://lhc.web.cern.ch/lhc/ http://lhcb.web.cern.ch/lhcb/ http://www.slac.stanford.edu/BF/ http://belle.kek.jp/ http://belle2.kek.jp/ http://superb.infn.it/home R. Michael Barnett, Education and Outreach in Particle Physics, arXiv:1109.6928

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