Protocolo de Investigación - Universidad Iberoamericana

Protocolo de Investigación
21 de Octubre de 2005
Dr. Salvador Carrillo Moreno
Nivel 1 Sistema Nacional de Investigadores
Universidad Iberoamericana Ciudad de México
Departamento de Física y Matemáticas
Proyecto Nuevo:
Física Experimental deAltas Energías.
Duración: 3 años.
NOTA IMPORTANTE: Debido a que este es un proyecto interinstitucional, solamente se destacarán
las participaciones de estudiantes de la Universidad Iberoamericana y de los profesores de la misma.
Sin embargo se listará brevemente la participación de los demás investigadores que la conforman.
a) Antecedentes
En 1897, J. J. Thompson descubre el electrón, que luego se descubre como parte constitutiva de los
átomos, más adelante Ernest Rutherford, bombardea átomos de oro con núcleos de helio (partículas
alfa) y encuentra la estructura interna de los átomos: el núcleo. El cual se descubre formado por
protones y neutrones, y los cuales se han descubierto formados por partículas más elementales: los
quarks. En un poco más de 100 años se han descubierto más partículas y solo algunas de ellas han
sobrevivido como componentes fundamentales de toda la materia. Actualmente se pueden mostrar las
partículas fundamentales que constituyen la materia en la siguiente tabla:
La primera columna representa la primera familia o generación, con ella podemos formar todos los
elementos de la tabla periódica de los elementos químicos. Las otras dos familias o generaciones son
una copia fiel de la primera, con la diferencia que cada vez son partículas más masivas. Por ejemplo el
quark Charm (Ampliamente estudiado en FOCUS) pesa aproximadamente 1.5 veces un núcleo de
hidrógeno, y el top quark (Ampliamente estudiado en CDF) pesa casi como un átomo de Oro. Pero
también en conjunto se han formulado teorías fundamentales como la Mecánica Cuántica y la
Relatividad Especial, las cuales son fundamentales para el estudio de la validez del Modelo Estándar de
Partículas Elementales, el cual es fundamento del presente proyecto de investigación.
El Modelo Estandar de Partículas Elementales es hasta ahora la teoría más exacta con la que se
cuenta en la física: que es la única teoría que logra utilizar la Mecánica Cuántica y la Teoría Especial
de la Relatividad para formular un marco general de una teoría de campo o de partículas elementales, la
cual logra explicar la fuerza electromagnética la fuerza electrodébil (radioactividad) y la fuerza fuerte
(dentro del núcleo del átomo). Lo que hasta ahora ha contribuido a un mejor entendimiento de la
materia y de las interacciones de sus componentes fundamentales.
En el Campo Experimental de Partículas Elementales de Altas, debido al costo y al tamaño de los
detectores se requiere de la participación de varios países y varias instituciones. Por lo general los
experimentos duran más de 10 años.
son varios de los experimentos que conforman el proyecto aquí presentado: (Se muestra el periodo en
que el responsable se graduó en Licenciatura, Maestría y Doctorado). Generalmente los experimentos
en el Área de Altas Energías son en su mayoría actualizaciones y/o mejoras de experimentos anteriores
como se muestra en la siguiente línea esquemática de tiempo:
Como puede apreciarse nos encontramos en la etapa de estar terminando en un experimento
(FOCUS), estar ingresando en uno a corto plazo (CDF) y solicitar el ingreso formar a otro a mayor
plazo (CMS). Donde el término de duración estándar debe considerarse de 5 a 10 años. Debido a la
duración de estos experimentos siempre existe un traslape entre ellos.
Dentro del Fermi National Accelerator Laboratory existen varios experimentos de los que conforma
el presente proyecto: Experimento de Blanco Fijo E-831 de la Colaboración FOCUS (http://wwwfocus.fnal.gov) con más de 100 Doctores en Física y el experimento de Collider CDF (http://wwwcdf.fnal.gov) con más de 500 Doctores en Física.
El Experimento CMS
(http://cmsinfo.cern.ch/Welcome.html/index.html) del CERN (Centro Europeo para la Investigación
Nuclear) con un total de más de 2,300 Doctores en Física
b) Originalidad
Fermi National Accelerator tiene el acelerador más potente del mundo, con un anillo de
aproximadamente 6.5 kilometros de circunferencia y con un experimento de colisiones frontales CDF y
una de blanco fijo FOCUS, entre otros. FOCUS representa el experimento de fotopoducción de
partículas con el quark “Charm”, en su tiempo con más de 50 publicaciones hasta ahora, por ejemplo
12 publicaciones en revista arbitrada internacional en lo que va del año. Por su parte CDF es el
acelerador de partículas más potente en el mundo, en él se descubrió el quark “Top” y se tiene la mayor
cantidad de datos del mismo. CMS representará el futuro en cuanto a nuevos descubrimientos y un
mayor potencial para el descubrimiento de nuevos ingredientes en el Campo de las Altas Energías, con
la intención de encontrar una de las partículas más evasivas: El bosón de Higgs, entre otras.
c) Objetivos
a. Objetivo General.- El Modelo Estándar de Partículas Elementales ha ido evolucionando y
perfeccionándose en base a los experimentos que se han podido realizar, el objetivo
principal de este proyecto es el de profundizar en el conocimiento de lo que conforma la
materia (partículas elementales) y de las interacciones entre sus componentes (fuerzas de la
naturaleza). Colaborando en experimentos de punta a nivel internacional y mediante la
colaboración de varios paises e instituciones.
b. Objetivos Particulares.i. FOCUS.- Debido a que se encuentra el el periodo exclusivamente de Análisis de
Datos, se pretende participar en la publicación de artículos como el de Asimetrías en
la fotoproducción de mesones con el quark “charm”. Mejoramiento de la simulación
de Montecarlo del calorímetro electromagnético.
ii. CDF.- Obtener el ingreso a una colaboración tan importante requiere, como
investigador independiente, del cumplimiento de un año de servicio para la
colaboración. A partir de este año se tendrá acceso a los datos para poder publicar
en un futuro dentro de CDF.
iii. CMS.- Se tiene la aceptación oficial al experimento sin embargo se debe tramitar
la membresía y el pago anual de la misma para poder tener acceso a la
participación de la colaboración. A diferencia de Fermilab, el CERN solicita un
pago de membresía exclusivamente de gastos de operación.
d) Metas
a. Metas Científicas
Participar en los experimentos de punta en el area de las partículas elementales y para
aportar la experiencia y conocimiento adquirido en el desarrollo e investigación del Modelo
Estándar de las Partículas Elementales.
b. Metas de formación de doctores y maestros indicando los programas educativos de
postgrado registrados en el PNP o en el PIFOP.
El Departamento de Física y Matemáticas no cuenta con un postgrado ni un programa de
Licenciatura. Sin embargo se pretende contribuir cada verano al menos con el apoyo a un
estudiante de licenciatura para que pueda participar dentro de Fermi National Accelerator en
el estudio y capacitación en el área.
e) Metodología científica
El siguiente esquema muestra el proceso normal de todo estudio de investigación experimental:
Un experimento puede terminar en cualquiera de los procesos mostrados.
f) Grupo de trabajo
a. y b. Institución(es) participante(s) e Integrantes
i. Universidad Iberoamericana:
1. Dr. Salvador Carrillo Moreno (Profesor Tiempo Completo)
[email protected]
2. Dra. Elsa Fabiola Vázquez Valencia (Profesora de Asignatura)
[email protected]
ii. Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del I. P. N.
1. Dr. Heriberto Castilla Valdez.
[email protected]
2. Dr. Alberto Sánchez Hernández.
[email protected]
iii. University of Florida:
1. Dr. Jacobo Konigsberg
[email protected]
g) Infraestructura disponible
Se requiere utilizar la infraestructura de cómputo que existe en al ibero, se requerirá un disco duro
de almenos 200 a 300 Gigabytes.
h) Programa de actividades
Periodo
Actividadades
Primavera 2006 FOCUS: Trabajo en publicación mesones con quark C
CDF: Ingreso a la Colaboración (trabajo de servicio: Eficiencias del IMU)
Verano 2006 FOCUS: Trabajo en publicación mesones con quark C
CDF: Terminación del período de trabajo de un año de servicio, ingreso oficial
Estudiante de verano (Presupuesto para que un estudiante visite Fermilab, un mes)
Otoño 2006 FOCUS: Someter publicación mesones con quark C
CDF: Trabajo en publicación de Teoría Electrodébil
CMS: Pago de Membresía al CERN (Presupuesto para realizar el pago)
Primavera 2007 FOCUS: Probablemente último año de publicaciones
CDF: Trabajo en publicación de Teoría Electrodébil
CMS: (Si se realiza el pago de la membresía) Trabajo en conjunto con Cinvestav
Verano 2007 CDF: Trabajo en publicación de Teoría Electrodébil
Estudiante de verano (Se solicitará presupuesto en año entrante para esta caso)
Otoño 2007 CDF: Proceso de aprobación de la publicación ante CDF (puede durar un año)
CMS: Trabajo en conjunto con Cinvestav
Primavera 2008 CDF: Proceso de aprobación de la publicación ante CDF.
CMS: Trabajo en colaboración con Cinvestav
Verano 2008 CDF: Proceso de aprobación de la publicación ante CDF
CMS: Trabajo en colaboración con Cinvestav
Otoño 2008 CDF: Someter a publicación artículo de Teoría Electrodébil
CMS: Trabajo en colaboración con Cinvestav
i) Presupuesto 2006 (solamente)
No. Subcuenta Descripción
1
2
3
4
E012
E035
E109
E135
Otros Servicios
Mensajería y correos
Viajes y viáticos
Consumibles de cómputo
TOTAL
Solicitado Comentarios
$50,000
$500
$8,000
$1,250
$59,750
Pago Membresía Anual CERN ($6,000 Francos Suizos)
Envío de mensajería y posible pago de artículo
Prácticas de Campo Fermilab
Disco duro de 200 Gibabytes
Año 2006
j) Consistencia con los programas de desarrollo de la UIA e instituciones participantes.
a. FOCUS y CMS, se integra la Dra. Elsa Fabiola Vázquez Valencia, de Asignatura del
Departamento de Física y Matemáticas a la investigación. Se solicita apoyo para que un
estudiante de licenciatura de la ibero pueda participar durante un mes en los cursos de
verano de Fermi National Accelerator, el estudiante se deberá preparar con anticipación en
los programas y materiales que utilizará durante su estancia. Se utilizará el apoyo de dos
investigadores del Centro de Investigación y Estudios Avanzados del I. P. N. El Dr.
Heriberto Castilla Valdez y el Dr. Alberto Sánchez Hernández, con los que se tiene un
proyecto que se presentará a la colaboración de CMS en el Centro Europeo para la
Investigación Nuclear (CERN) cerca de la ciudad de Ginebra en Suiza.
k) Resultados entregables
a. Publicación de artículos originales en revistas científicas con arbitraje estricto.
i. Al menos una publicación con FOCUS.
b. Presentación de trabajos arbitrados, en Congresos Científicos de reconocido prestigio.
i. Presentación de una ponencia en un Congreso Nacional.
Sinceramente,
Dr. Salvador Carrillo Moreno
[email protected]
Departamento de Física y Matemáticas
Universidad Iberoamericana Ciudad de México
21 de Octubre de 2005