Física de partículas elementales

Física de partículas elementales
David G. Cerdeño
Basado en transparencias de Carlos Pena
Introducción a la Física de Partículas Elemementales y Teoría de Cuerdas
CTIF 3 - 24 Febrero 2014
Saturday, 8February, 2014
Plan
Introducción: escalas de espacio y de energía en Física Fundamental.
Física Cuántica y Relatividad Especial.
Las preguntas revolucionarias.
Dirac y la Mecánica Cuántica Relativista.
Las interacciones nucleares débil y fuerte: neutrinos y mesones.
Interludio: diagramas de Feynman.
Teoría Cuántica de Campos.
Efectos cuánticos y fuerzas fundamentales.
Infinitos y Guerras.
La Edad de Plata: Electrodinámica Cuántica y leyes fundamentales.
Simetrías: la Edad de Oro.
El Camino Óctuple: Quarks.
La interacción electrodébil: corrientes neutras.
Más infinitos.
El Modelo Estándar de la Física de Partículas.
Saturday, 8February, 2014
Plan
Introducción: escalas de espacio y de energía en Física Fundamental.
Física Cuántica y Relatividad Especial.
Las preguntas revolucionarias.
Dirac y la Mecánica Cuántica Relativista.
Las interacciones nucleares débil y fuerte: neutrinos y mesones.
Interludio: diagramas de Feynman.
Teoría Cuántica de Campos.
Efectos cuánticos y fuerzas fundamentales.
Infinitos y Guerras.
La Edad de Plata: Electrodinámica Cuántica y leyes fundamentales.
Simetrías: la Edad de Oro.
El Camino Óctuple: Quarks.
La interacción electrodébil: corrientes neutras.
Más infinitos.
El Modelo Estándar de la Física de Partículas.
Saturday, 8February, 2014
El sentido de la pregunta: escalas de longitud
Saturday, 8February, 2014
El sentido de la pregunta: escalas de energía
hc
Eγ = hν =
λ
Planck / Einstein: cuantización de la luz
h
λ =
p
de Broglie: dualidad onda/partícula
Saturday, 8February, 2014
El sentido de la pregunta: escalas de energía
hc
Eγ = hν =
λ
Planck / Einstein: cuantización de la luz
Energía ⇆ 1/Longitud
(∆E) (∆x) ≈ � c
h
λ =
p
de Broglie: dualidad onda/partícula
Saturday, 8February, 2014
El sentido de la pregunta: escalas de longitud y energía
10 keV/(hc)
Saturday, 8February, 2014
100 MeV/(hc)
� 1 GeV/(hc)
Saturday, 8February, 2014
Saturday, 8February, 2014
Saturday, 8February, 2014
Saturday, 8February, 2014
El sentido de la pregunta: escalas de longitud y energía
10 keV/(hc)
Electromagnetismo
Saturday, 8February, 2014
100 MeV/(hc)
� 1 GeV/(hc)
Interacciones nucleares
débil y fuerte
Mecánica Cuántica y Relatividad Especial
mecánica relativista /
e.m. clásico
mecánica
newtoniana
S∼ħ
acción (E x t)
6. ¿Cómo hacer compatibles la mecánica cuántica y la relatividad especial?
mecánica
cuántica
v∼c
velocidad
Saturday, 8February, 2014
Mecánica Cuántica y Relatividad Especial
mecánica
newtoniana
mecánica relativista /
e.m. clásico
mecánica
cuántica
teoría cuántica
de campos
S∼ħ
acción (E x t)
6. ¿Cómo hacer compatibles la mecánica cuántica y la relatividad especial?
v∼c
velocidad
Energía ⇆ 1/Longitud:
Física Fundamental
Saturday, 8February, 2014
La interacción nuclear débil: neutrinos
?
Is energy not conserved in the process?
“I have hit upon a desperate remedy to save the "exchange theorem" of statistics and the law of
conservation of energy. Namely, the possibility that there could exist in the nuclei electrically neutral
particles, that I wish to call neutrons, which have spin 1/2 and obey the exclusion principle and
which further differ from light quanta in that they do not travel with the velocity of light. The mass of
the neutrons should be of the same order of magnitude as the electron mass and in any event not
larger than 0.01 proton masses. The continuous beta spectrum would then become understandable
by the assumption that in beta decay a neutron is emitted in addition to the electron such that the
sum of the energies of the neutron and the electron is constant...”
Pauli 1930
Saturday, 8February, 2014
Detection of the Fr
Neutrino: a Confirmatio
La interacción nuclear débil: neutrinos
C. L. Cowan, Jr., F. Reines, F. B. Harri
H. W. Kruse, A. D. McG
A tentative
identification
the free
Neutrino: partícula
de masa muyofpequeña
utrinoque se
lleva made
la energíain
sobrante.
was
an experiment
rformed at Hanford (1) in 1953. In
t work
the reaction
Detectado
directamente sólo en 1956.
vSaturday, 8February, 2014
+ p+__4 O+ + no
(1)
work was done
confirms the results obt
and so verifies the ne
suggested by Pauli (4)
Pauli 1930
in Fermi
a quantitative
theory
1934
Fermi (5).
present
Detection of the Fr
Neutrino: a Confirmatio
La interacción nuclear débil: neutrinos
C. L. Cowan, Jr., F. Reines, F. B. Harri
H. W. Kruse, A. D. McG
A tentative
identification
the free
Neutrino: partícula
de masa muyofpequeña
utrinoque se
lleva made
la energíain
sobrante.
was
an experiment
rformed at Hanford (1) in 1953. In
t work
the reaction
Detectado
directamente sólo en 1956.
vSaturday, 8February, 2014
+ p+__4 O+ + no
(1)
work was done
confirms the results obt
and so verifies the ne
suggested by Pauli (4)
in a quantitative theory
Fermi (5).
present
La interacción nuclear débil: neutrinos
Saturday, 8February, 2014
La interacción nuclear fuerte: mesones de Yukawa
Interacción electromagnética: fuerza mediada por fotones (luz).
Interacción nuclear débil: teoría de Fermi.
Interacción nuclear fuerte: ¿cómo permanecen unidos los protones y los
neutrones, venciendo la repulsión electromagnética?
Saturday, 8February, 2014
La interacción nuclear fuerte: mesones de Yukawa
Fuerza nuclear mediada por una partícula hipotética (“mesón”).
Yukawa 1934
Interacción nuclear fuerte: ¿cómo permanecen unidos los protones y los
neutrones, venciendo la repulsión electromagnética?
Saturday, 8February, 2014
La interacción nuclear fuerte: mesones de Yukawa
Fuerza nuclear mediada por una partícula hipotética (“mesón”).
Yukawa 1934
¿Es posible detectar estos mesones fuera del medio nuclear?
Anderson, Neddermeyer 1936
¿Muones?
Saturday, 8February, 2014
La interacción nuclear fuerte: mesones de Yukawa
Fuerza nuclear mediada por una partícula hipotética (“mesón”).
Yukawa 1934
¿Es posible detectar estos mesones fuera del medio nuclear?
Powell, Lattes, Occhialini et al. 1947
¿Piones?
Saturday, 8February, 2014
Mecánica Clásica,
Teoría Cinética,
Thermodinámica
Boltzmann
Maxwell
Partículas
1895
1900
Movimiento
Browniano
1905
191
0
Átomo
Núcleo
1920
1940
1950
1970
!-
Rayos
cósmicos
Desintegración
betai
Mesones
de Yukawa
QED
-
Zoo de
partículas
Violación de
P, C, CP
Relatividad
General
Cámara
de niebla
Galaxias ; Universo
en expansión;
modelo del Big Bang
Ciclotrón
Materia oscura
"µ
"!
d
s
c
MODELO ESTÁNDAR
b
Higgs
Unificación
electrodébil
Color
QCD
Gran
unificaci’on?
Supersimetría?
Supercuerdas?
g
W
1990
Nucleosíntesis
cosmológica
Bosones W
"e
u
Aceleradores
Geiger
!
!
200
0
Detectores
Fusión nuclear
-
1980
Relatividad
especial
µ-
p
1960
Fuerte
Tecnología
Radioactividad
Fotón
Dirac
Antimateria
n
e+
Débil
Mecánica Cuántica
Onda / partícula
Fermiones / Bosones
p+
1930
Universo
Campos
Electromagnético
e-
Newton
Fondo de radiación
de microondas
Cámara de
burbujase
Cámara de hilos
Aceleradores
e+e
Enfriamiento
de haces
Online computers
Inflación
Z
3 familias
Sincrotrón
Inhomgeneidades
del fondo de
microondas
Detectores
modernos
Aceleradores
p+pWWW
t
Energía oscura
Masas de
neutrinos
2010
Saturday, 8February, 2014
GRID
Plan
Introducción: escalas de espacio y de energía en Física Fundamental.
Física Cuántica y Relatividad Especial.
Las preguntas revolucionarias.
Dirac y la Mecánica Cuántica Relativista.
Las interacciones nucleares débil y fuerte: neutrinos y mesones.
Interludio: diagramas de Feynman.
Teoría Cuántica de Campos.
Efectos cuánticos y fuerzas fundamentales.
Infinitos y Guerras.
La Edad de Plata: Electrodinámica Cuántica y leyes fundamentales.
Simetrías: la Edad de Oro.
El Camino Óctuple: Quarks.
La interacción electrodébil: corrientes neutras.
Más infinitos.
El Modelo Estándar de la Física de Partículas.
Saturday, 8February, 2014
Interludio: diagramas de Feynman
Instrumento gráfico para entender
interacciones (suficientemente
débiles) como intercambio de
partículas virtuales.
∆E ∆t ≥ �
E = mc2
Feynman, c. 1944
(Manhattan Project)
Saturday, 8February, 2014
Interludio:
diagramas
de
Feynman
er contribution Fig. 8 may be written in the form (see below)
1
,
2
Cualquier proceso se puede escribir como suma de todos los diagramas
posibles, en una expansión en que cada orden es proporcional a g2n: serie(49)
de
potencias.
famous result of Schwinger from 1948 [52].
γ
γ
%
%
niversal lowest order QED contribution to a! .
agrams shown in Fig. 9 which contribute to aµ . The first 6 diagrams,
ns to the external muon string of lines contribute to the universal
et of diagrams and yield the result
Saturday, 8February, 2014
Interludio:
diagramas
de
Feynman
er contribution Fig. 8 may be written in the form (see below)
1
,
2
Cualquier proceso se puede escribir como suma de todos los diagramas
posibles, en una expansión en que cada orden es proporcional a g2n: serie(49)
de
potencias.
famous result of Schwinger from 1948 [52].
γ
γ
%
%
niversal lowest order QED contribution to a! .
agrams shown in Fig. 9 which contribute to aµ . The first 6 diagrams,
ns to the external muon string of lines contribute to the universal
et of diagrams and yield the result
Saturday, 8February, 2014
Interludio:
diagramas
de
Feynman
ording
er contribution
to Eq. (70)
Fig.the
8 may
leading
be written
order contribution
in the form Fig.
(see 8below)
may be written
1
"
Cualquier proceso se puede escribir como suma de todos los diagramas
1 (2) QED α
α 1
posibles,
en que cada
de
a!,
= en una
dx expansión
(1 − x) =
, orden es proporcional a g2n: serie(49)
2
π
π 2
potencias.
0
famous
is trivial
result
to evaluate.
of Schwinger
This from
is the1948
famous
[52].result of Schwinger from 1948
γ
γ
g0
γ
%
%
g
g
γ
%
g2
%
niversal lowest order QED Fig.
contribution
8. The universal
to a! . lowest order QED contribution to a
wo
agrams
loopsshown
in QED
in Fig.
there
9
are
which
the
contribute
9
diagrams
to
shown
a
.
The
in
Fig.
first
9
6
which
diagrams,
contrib
2
4
6
µ
A = A0 + A1g + A2g + A3g + ...
nshave
to the
attached
external
twomuon
virtual
string
photons
of lines
to the
contribute
externaltomuon
the universal
string of lin
et
They
of diagrams
form a gauge
and yield
invariant
the result
subset of diagrams and yield the result
Saturday, 8February, 2014
Interludio: diagramas de Feynman
1)
2)
3)
g4
4)
5)
6)
µ γ
e
τ
7)
8)
9)
γ
µ
γ
Diagrams 1-7 represent the universal second order contribution to aµ , diagram 8 yields the “light”, diagra
Saturday, 8February, 2014
Interludio: diagramas de Feynman
7)
8)
14)
15)
16)
21)
22)
23)
24)
29)
30)
31)
32)
1)
2)
3)
4)
5)
6)
9)
10)
11)
12)
13)
17)
18)
19)
25)
26)
27)
20)
28)
g6
Saturday, 8February, 2014
33)
34)
35)
36)
37)
38)
39)
40)
41)
42)
43)
44)
45)
46)
47)
48)
49)
50)
51)
52)
53)
54)
55)
56)
57)
58)
59)
60)
61)
62)
63)
64)
65)
66)
67)
68)
69)
70)
71)
72)
Interludio: diagramas de Feynman
7)
8)
14)
15)
16)
21)
22)
23)
24)
29)
30)
31)
32)
1)
2)
3)
4)
5)
6)
9)
10)
11)
12)
13)
17)
18)
19)
25)
26)
27)
20)
28)
g6
Saturday, 8February, 2014
33)
34)
35)
36)
37)
38)
39)
40)
41)
42)
43)
44)
45)
46)
47)
48)
49)
50)
51)
52)
53)
54)
55)
56)
57)
58)
59)
60)
61)
62)
63)
64)
65)
66)
67)
68)
69)
70)
71)
72)
Plan
Introducción: escalas de espacio y de energía en Física Fundamental.
Física Cuántica y Relatividad Especial.
Las preguntas revolucionarias.
Dirac y la Mecánica Cuántica Relativista.
Las interacciones nucleares débil y fuerte: neutrinos y mesones.
Interludio: diagramas de Feynman.
Teoría Cuántica de Campos.
Efectos cuánticos y fuerzas fundamentales.
Infinitos y Guerras.
La Edad de Plata: Electrodinámica Cuántica y leyes fundamentales.
Simetrías: la Edad de Oro.
El Camino Óctuple: Quarks.
La interacción electrodébil: corrientes neutras.
Más infinitos.
El Modelo Estándar de la Física de Partículas.
Saturday, 8February, 2014
Efectos cuánticos y fuerzas a larga distancia
Una carga, al propagarse en un
campo e.m., absorbe y reemite
fotones continuamente.
Saturday, 8February, 2014
Efectos cuánticos y fuerzas a larga distancia
Una carga, al propagarse en un
campo e.m., absorbe y reemite
fotones continuamente.
El cálculo de todos los diagramas posibles da la probabilidad de que un fotón
emitido por una carga sea absorbido por otra carga a una distancia r.
qq �
V (r) = c 2
r
Ley de Coulomb
Saturday, 8February, 2014
Efectos cuánticos y fuerzas a larga distancia
Idem para otras fuerzas
El cálculo de todos los diagramas posibles da la probabilidad de que un fotón
emitido por una carga sea absorbido por otra carga a una distancia r.
−mr
e
V (r) = −g 2
r
Yukawa 1934
Saturday, 8February, 2014
Potencial de Yukawa
Infinitos y Guerras
La ecuación de Dirac no proporciona una descripción completa de la
electrodinámica: la reacción del campo electromagnético sobre las cargas
eléctricas genera divergencias (efectos no físicos).
Saturday, 8February, 2014
Infinitos y Guerras
La ecuación de Dirac no proporciona una descripción completa de la
electrodinámica: la reacción del campo electromagnético sobre las cargas
eléctricas genera divergencias (efectos no físicos).
No es un problema nuevo: autointeracciones en electrodinámica clásica.
mem =
�
E2
q2
dV
=
2
8πre
La contribución a la masa del electrón
asociada a su interacción con un campo
electrostático diverge si el electrón es
puntual.
−15
mem = mphys
⇒
r
≈
2.8
×
10
m
e
e
Abraham, Lorentz c. 1900
Tamaño típico de un núcleo atómico
Saturday, 8February, 2014
Universal Contributions Infinitos y Guerras
der
cording
contribution
to Eq. (70)
Fig.the
8 may
leading
be written
order contribution
in the form Fig.
(see 8below)
may be written
La ecuación de Dirac no proporciona una descripción completa de la
electrodinámica:
"1 la reacción del campo electromagnético sobre las cargas
eléctricasαgenera divergencias (efectos
1 (2) QED
α 1 no físicos).
a!,
2
=
dx (1 − x) =
π
π 2
(49)
,
Ocurre lo 0mismo para las correcciones asociadas a partículas virtuales que
generan
hfamous
is trivial
result
to“loops”.
evaluate.
of Schwinger
This from
is the1948
famous
[52].result of Schwinger from 1948
γ
γ
g0
γ
%
%
g
g
γ
%
g2
%
universal lowest order QED Fig.
contribution
8. The universal
to a! . lowest order QED contribution to
two
iagrams
loopsshown
in QED
in Fig.
there9 are
which
thecontribute
9 diagramstoshown
aµ . The
in Fig.
first 96 which
diagrams,
contrib
hnshave
to the
attached
external
twomuon
virtual
string
photons
of lines
to the
contribute
externaltomuon
the universal
string of lin
Saturday, 8February, 2014
Universal Contributions Infinitos y Guerras
der
cording
contribution
to Eq. (70)
Fig.the
8 may
leading
be written
order contribution
in the form Fig.
(see 8below)
may be written
La ecuación de Dirac no proporciona una descripción completa de la
electrodinámica:
"1 la reacción del campo electromagnético sobre las cargas
eléctricasαgenera divergencias (efectos
1 (2) QED
α 1 no físicos).
a!,
2
=
dx (1 − x) =
π
π 2
(49)
,
Ocurre lo 0mismo para las correcciones asociadas a partículas virtuales que
generan
hfamous
is trivial
result
to“loops”.
evaluate.
of Schwinger
This from
is the1948
famous
[52].result of Schwinger from 1948
γ
γ
g0
γ
%
%
g
g
γ
%
g2
%
universal lowest order QED Fig.
contribution
8. The universal
to a! . lowest order QED contribution to
∞
two
iagrams
loopsshown
in QED
in Fig.
there9 are
which
thecontribute
9 diagramstoshown
aµ . The
in Fig.
first 96 which
diagrams,
contrib
hnshave
to the
attached
external
twomuon
virtual
string
photons
of lines
to the
contribute
externaltomuon
the universal
string of lin
Saturday, 8February, 2014
Universal Contributions Infinitos y Guerras
der
cording
contribution
to Eq. (70)
Fig.the
8 may
leading
be written
order contribution
in the form Fig.
(see 8below)
may be written
La ecuación de Dirac no proporciona una descripción completa de la
electrodinámica:
"1 la reacción del campo electromagnético sobre las cargas
eléctricasαgenera divergencias (efectos
1 (2) QED
α 1 no físicos).
a!,
2
=
dx (1 − x) =
π
π 2
(49)
,
Ocurre lo 0mismo para las correcciones asociadas a partículas virtuales que
generan
hfamous
is trivial
result
to“loops”.
evaluate.
of Schwinger
This from
is the1948
famous
[52].result of Schwinger from 1948
γ
γ
g0
γ
%
%
g
g
γ
%
g2
%
universal
orderfrenó
QED
contribution
8. Thedeuniversal
to
a! . lowest order QED contribution to
Estelowest
problema
el Fig.
desarrollo
la TCC
entre mediados de los 1930 y 1948...
∞
two
iagrams
loopsshown
in QED
in Fig.
there9 are
which
thecontribute
9 diagramstoshown
aµ . The
in Fig.
first 96 which
diagrams,
contrib
hnshave
to the
attached
external
twomuon
virtual
string
photons
of lines
to the
contribute
externaltomuon
the universal
string of lin
Saturday, 8February, 2014
Infinitos y Guerras
... aunque también hubo motivos más serios.
Saturday, 8February, 2014
Renormalización: la Teoría Cuántica de Campos
Los infinitos no son tales: desaparecen si se acepta que la magnitud de las fuerzas
(valores de cargas y masas) cambia como función de la distancia.
Dyson, Feynman, Schwinger, Stückelberg, Tomonaga 1934-1948
Saturday, 8February, 2014
Renormalización: la Teoría Cuántica de Campos
Los infinitos no son tales: desaparecen si se acepta que la magnitud de las fuerzas
(valores de cargas y masas) cambia como función de la distancia.
Dyson, Feynman, Schwinger, Stückelberg, Tomonaga 1934-1948
Saturday, 8February, 2014
Renormalización: la Teoría Cuántica de Campos
Los infinitos no son tales: desaparecen si se acepta que la magnitud de las fuerzas
(valores de cargas y masas) cambia como función de la distancia.
Dyson, Feynman, Schwinger, Stückelberg, Tomonaga 1934-1948
Vakuumpolarisation
e2
e4
Running coupling
αeff (r)
+
|F� (r)| =
αeff (r)
r2
Abschirmung
Der zweite Beitrag ist ein kleiner Quanteneffekt
Er bewirkt, dass die Kraft bei sehr kurzen Distanzen
etwas stärker als 1/r2 anwächst.
Saturday, 8February, 2014
log(r)
r = 2 × 10−12 m
Renormalización: la Teoría Cuántica de Campos
Los infinitos no son tales: desaparecen si se acepta que la magnitud de las fuerzas
(valores de cargas y masas) cambia como función de la distancia.
Dyson, Feynman, Schwinger, Stückelberg, Tomonaga 1934-1948
N.B.: el juego de la renormalización NO funciona siempre. Es consistente para la
electrodinámica, pero NO para los modelos de Fermi y Yukawa.
Falta una teoría consistente para las interacciones nucleares fuerte y débil.
Saturday, 8February, 2014
2
El momento magnético anómalo del electrón
famous result of Schwinger from 1948 [52].
γ
g−2
a =
2
γ
%
Dirac: g = 2
%
universal lowest order QED contribution to a! .
iagrams shown in Fig. 9 which contribute to aµ . The first 6 diagrams,
ons to the external muon string of lines contribute to the universal
set of diagrams and yield the result
3
+ ζ(3) .
4
cuum polarization (vap / VP) due to the lepton loops. The one with
sense that it contributes to the mass independent correction
Saturday, 8February, 2014
2ror in units of 10−10 .
El momento magnético anómalo del electrón
famous result of Schwinger from 1948 [52].
γ
der contribution Fig. 8 may be written in the form (see below)
1
,
2
g−2
a =
2
γ
%
Dirac: g = 2
(49)
%
famous result of Schwinger from 1948 [52].
universal lowest order QED contribution to a! .
γ
iagrams shown in Fig. 9 which contribute to aµ . The first 6 diagrams,
ons to the external muon string of lines contribute to the universal
g
g
set of diagrams and yield the result a = α ≈ 0.0011614
3
+ ζ(3)%.
4
2π
γ
%
Schwinger 1948
cuum
polarization
VP) due to
lepton loops. The one with
universal
lowest order (vap
QED /
contribution
to athe
!.
sense that it contributes to the mass independent correction
Saturday, 8February, 2014
El momento magnético anómalo del electrón
7)
8)
14)
15)
16)
21)
22)
23)
24)
29)
30)
31)
32)
1)
2)
3)
4)
5)
6)
9)
10)
11)
12)
13)
17)
18)
19)
25)
26)
27)
20)
28)
g6
Saturday, 8February, 2014
33)
34)
35)
36)
37)
38)
39)
40)
41)
42)
43)
44)
45)
46)
47)
48)
49)
50)
51)
52)
53)
54)
55)
56)
57)
58)
59)
60)
61)
62)
63)
64)
65)
66)
67)
68)
69)
70)
71)
72)
El momento magnético anómalo del electrón
7)
8)
14)
15)
16)
22)
23)
24)
31)
32)
1)
2)
3)
4)
5)
6)
9)
10)
11)
12)
13)
17)
18)
19)
21)
20)
aexp = 0.00115965218085(76)
Saturday, 8February, 2014
25)
26)
33)
34)
41)
27)
28)
29)
30)
α−1 = 137.035999070(98)
35)
36)
37)
38)
39)
40)
42)
43)
44)
45)
46)
47)
48)
49)
50)
51)
52)
53)
54)
55)
56)
57)
58)
59)
60)
61)
62)
63)
64)
65)
66)
67)
68)
69)
70)
71)
72)
La edad de plata de la teoría de campos
La madurez técnica de la TCC permitió demostrar muchas propiedades
fundamentales de la naturaleza que habían sido postuladas durante la revolución
cuántica.
! Fermiones y bosones: sólo dos tipos de campos bajo relatividad especial.
! Spin-estadística: principio de exclusión de Pauli.
A. Wightman, 30/03/1922-13/01/2013
! Simetrías discretas: el universo es invariante bajo
CPT, pero no necesariamente bajo C, P o T.
Saturday, 8February, 2014
“El átomo está tan lleno
como es físicamente posible.”
La edad de plata de la teoría de campos
... pero el progreso del núcleo atómico fue lento, hasta que emergió toda la
importancia de las propiedades de simetría de la Física Fundamental.
Electromagnetismo
Saturday, 8February, 2014
Interacciones nucleares
débil y fuerte
Simetría: La edad de oro de la teoría de campos
... pero el progreso del núcleo atómico fue lento, hasta que emergió toda la
importancia de las propiedades de simetría de la Física Fundamental.
"What is especially striking and remarkable is that in fundamental physics a beautiful
or elegant theory is more likely to be right than a theory that is inelegant."
Murray Gell-Mann
Saturday, 8February, 2014
Plan
Introducción: escalas de espacio y de energía en Física Fundamental.
Física Cuántica y Relatividad Especial.
Las preguntas revolucionarias.
Dirac y la Mecánica Cuántica Relativista.
Las interacciones nucleares débil y fuerte: neutrinos y mesones.
Interludio: diagramas de Feynman.
Teoría Cuántica de Campos.
Efectos cuánticos y fuerzas fundamentales.
Infinitos y Guerras.
La Edad de Plata: Electrodinámica Cuántica y leyes fundamentales.
Simetrías: la Edad de Oro.
El Camino Óctuple: Quarks.
La interacción electrodébil: corrientes neutras.
Más infinitos.
El Modelo Estándar de la Física de Partículas.
Saturday, 8February, 2014
La interacción fuerte: el zoo de partículas
Los experimentos de física de altas energías de los años 50 descubrieron docenas
de nuevas partículas que interactuaban fuertemente (mesones y bariones). El modelo
de Yukawa no bastaba para describirlas adecuadamente.
Saturday, 8February, 2014
La interacción fuerte: el Camino Óctuple
inicio de la edad de oro de la física teórica de partículas
Saturday, 8February, 2014
La interacción fuerte: el Camino Óctuple
Table 14.2: Suggested qq quark-model assignments for some of the observed light mesons. Mesons in bold face are included in the Meson
Summary Table. The wave functions f and f ! are given in the text. The singlet-octet mixing angles from the quadratic and linear mass
formulae are also given for the well established nonets. The classification of the 0++ mesons is tentative and the mixing angle uncertain
due to large uncertainties in some of the masses. Also, the f0 (1710) and f0 (1370) are expected to mix with the f0 (1500). The latter is
not in this table as it is hard to accommodate in the scalar nonet. The light scalars a0 (980), f0 (980), and f0 (600) are often considered as
meson-meson resonances or four-quark states, and are therefore not included in the table. See the “Note on Scalar Mesons” in the Meson
Listings for details and alternative schemes.
n 2s+1 !J
I=1
JPC
ud, ud,
†
1
√ (dd − uu)
2
I=
1
2
I=0
I=0
θquad
θlin
us, ds; ds, −us
f!
f
[◦ ]
[◦ ]
1 1 S0
0−+
π
K
η
η ! (958)
−11.5
−24.6
1 3 S1
1−−
ρ(770)
K ∗ (892)
φ(1020)
ω(782)
38.7
36.0
1 1 P1
1+−
b1 (1235)
K1B †
h1 (1380)
h1 (1170)
1 3 P0
0++
a0 (1450)
K0∗ (1430)
f0 (1710)
f0 (1370)
1 3 P1
1++
a1 (1260)
K1A †
f1 (1420)
f1 (1285)
1 3 P2
2++
a2 (1320)
K2∗ (1430)
f2! (1525)
f2 (1270)
29.6
28.0
1 1 D2
2−+
π2 (1670)
K2 (1770)†
η2 (1870)
η2 (1645)
1 3 D1
1−−
ρ(1700)
K ∗ (1680)
1 3 D2
2−−
1 3 D3
3−−
ρ3 (1690)
K3∗ (1780)
32.0
31.0
1 3 F4
4++
a4 (2040)
K4∗ (2045)
1 3 G5
5−−
ρ5 (2350)
1 3 H6
6++
a6 (2450)
2 1 S0
0−+
π(1300)
K(1460)
η(1475)
η(1295)
2 3 S1
1−−
ρ(1450)
K ∗ (1410)
φ(1680)
ω(1420)
ω(1650)
K2 (1820)
φ3 (1850)
ω3 (1670)
f4 (2050)
6
14. Quark model
f6 (2510)
qq quark-model
assignments for the observed heavy mesons. Mesons in bold face are included in the Meson Summary Table.
The 1+± and 2−± isospin 1 states mix. In particular, the K1A and K1B are nearly equal (45◦ ) mixturesTable
of the14.3:
K1 (1270)
and K1 (1400).
2
3
3
3
3
The physical vector mesons listed under 1 D1 and 2 S1 may be mixtures of 1 D1 and 2 S1 , or even have hybrid
components.
n 2s+1 !J J P C
I=0
I=0
I= 1
I=0
I= 1
I=0
I=0
2
2
cc
bb
cu, cd; cu, cd
cs; cs
bu, bd; bu, bd
bs; bs
bc; bc
July 30, 2010
Saturday, 8February, 2014
14:36
1 1 S0
0−+
ηc (1S)
ηb (1S)
D
Ds±
B
Bs0
1 3 S1
1−−
J/ψ(1S)
Υ(1S)
D∗
Ds∗±
B∗
Bs∗
1 1 P1
1+−
hc (1P )
D1 (2420)
Ds1 (2536)±
B1 (5721)
Bs1 (5830)0
1 3 P0
0++
χc0 (1P )
χb0 (1P )
D0∗ (2400)
∗ (2317)±†
Ds0
1 3 P1
1++
χc1 (1P )
χb1 (1P )
D1 (2430)
Ds1 (2460)±†
1 3 P2
2++
χc2 (1P )
χb2 (1P )
D2∗ (2460)
∗ (2573)±
Ds2
B2∗ (5747)
∗ (5840)0
Bs2
1 3 D1
1−−
ψ(3770)
2 1 S0
0−+
ηc (2S)
2 3 S1
1−−
ψ(2S)
2 3 P0,1,2
0++ , 1++ , 2++
†
Bc±
∗ (2700)±
Ds1
Υ(2S)
χb 0,1,2 (2P )
The masses of these states are considerably smaller than most theoretical predictions. They have also been considered as four-quark states
(See the “Note on Non-qq Mesons” at the end of the Meson Listings). The open flavor states in the 1+− and 1++ rows are mixtures of the
+±
La interacción fuerte: el Camino Óctuple
Saturday, 8February, 2014
Saturday, 8February, 2014
La interacción fuerte: el Camino Óctuple
Es posible explicar el espectro de mesones y bariones asumiendo que están
constituidos por sólo tres tipos de partículas más elementales: los quarks.
Gell-Mann, Ne’eman 1961
Table 14.2: Suggested qq quark-model assignments for some of the observed light mesons
Summary Table. The wave functions f and f ! are given in the text. The singlet-octet mix
formulae are also given for the well established nonets. The classification of the 0++ meso
due to large uncertainties in some of the masses. Also, the f0 (1710) and f0 (1370) are exp
not in this table as it is hard to accommodate in the scalar nonet. The light scalars a0 (98
meson-meson
resonances
four-quark
states, and are therefore not included in the table.
Simetría
SU(3)or(“de
sabor”)
Listings for details and alternative schemes.
n 2s+1 !J
I=1
JPC
ud, ud,
1 1 S0
Saturday, 8February, 2014
0−+
1
√ (dd − uu)
2
π
I=
1
2
I=0
us, ds; ds, −us
f!
K
η
Mesones pseudoescalares
spin=0
Mesones vectoriales
spin=1
Saturday, 8February, 2014
Saturday, 8February, 2014
BARIONES
Son combinaciones de tres quarks y
por lo tanto las posibilidades son
mayores
Saturday, 8February, 2014
BARIONES
Son combinaciones de tres quarks y
por lo tanto las posibilidades son
mayores
Algunos de estos bariones fueron
predichos teóricamente antes de ser
encontrados experimentalmente!
Principio de exclusión de Pauli: tres
fermiones idénticos no pueden estar
en el mismo estado.
Es necesario postular un “equivalente
fuerte” de la carga eléctrica: la carga
de color.
Saturday, 8February, 2014
BARIONES
Son combinaciones de tres quarks y
por lo tanto las posibilidades son
mayores
Algunos de estos bariones fueron
predichos teóricamente antes de ser
encontrados experimentalmente!
Principio de exclusión de Pauli: tres
fermiones idénticos no pueden estar
en el mismo estado.
Es necesario postular un “equivalente
fuerte” de la carga eléctrica: la carga
de color.
Saturday, 8February, 2014
Simetría SU(3) (“de color”)
La interacción fuerte: el Camino Óctuple
ē
e
Saturday, 8February, 2014
e
ē
La interacción débil
C
or
rie
nt
es
dé
b
ile
s
El modelo de Fermi para la
interacción débil se vuelve
inconsistente para energías del
orden de 100 GeV.
Saturday, 8February, 2014
Solución: postular la existencia de una
interacción fundamental mediada por
partículas similares al fotón pero
masivas.
La interacción débil
C
or
rie
nt
es
dé
b
ile
s
El modelo de Fermi para la
interacción débil se vuelve
inconsistente para energías del
orden de 100 GeV.
Saturday, 8February, 2014
Solución: postular la existencia de una
interacción fundamental mediada por
partículas similares al fotón pero
masivas.
BONUS: es posible unificar una
interacción de este tipo con la
electromagnética (fuerza electrodébil).
Glashow 1960
Infinitos nucleares
Pero en los años 60 estos modelos tienen dos problemas:
! No se sabe formular una TCC consistente para las simetrías implicadas: SU(3) de
color para los quarks, SU(2)xU(1) para la interacción electrodébil (teorías gauge
no abelianas).
! Aún cuando fuera posible formular una teoría electrodébil, no se sabe cómo dar
masa a las partículas implicadas en interacciones débiles sin violar simetrías
fundamentales.
Simetría gauge: los grados de libertad “internos” (cargas) pueden
ser rotados de manera distinta en cada punto del espaciotiempo.
Saturday, 8February, 2014
Infinitos nucleares
Pero en los años 60 estos modelos tienen dos problemas:
! No se sabe formular una TCC consistente para las simetrías implicadas: SU(3) de
color para los quarks, SU(2)xU(1) para la interacción electrodébil (teorías gauge
no abelianas).
! Aún cuando fuera posible formular una teoría electrodébil, no se sabe cómo dar
masa a las partículas implicadas en interacciones débiles sin violar simetrías
fundamentales.
Demostración de la renormalizabilidad de
teorías gauge no abelianas.
‘t Hooft,Veltman 1971
Saturday, 8February, 2014
Infinitos nucleares
Pero en los años 60 estos modelos tienen dos problemas:
! No se sabe formular una TCC consistente para las simetrías implicadas: SU(3) de
color para los quarks, SU(2)xU(1) para la interacción electrodébil (teorías gauge
no abelianas).
! Aún cuando fuera posible formular una teoría electrodébil, no se sabe cómo dar
masa a las partículas implicadas en interacciones débiles sin violar simetrías
fundamentales.
Generación de masa a través de la rotura
espontánea de la simetría electrodébil.
Englert, Brout, Higgs, Guralnik,
Hagen, Kibble 1963-64
Saturday, 8February, 2014
Infinitos nucleares
Pero en los años 60 estos modelos tienen dos problemas:
! No se sabe formular una TCC consistente para las simetrías implicadas: SU(3) de
color para los quarks, SU(2)xU(1) para la interacción electrodébil (teorías gauge
no abelianas).
! Aún cuando fuera posible formular una teoría electrodébil, no se sabe cómo dar
masa a las partículas implicadas en interacciones débiles sin violar simetrías
fundamentales.
Bosón de Higgs: partícula asociada a la
generación de masa para campos de
materia fundamentales.
Saturday, 8February, 2014
El Modelo Estándar de la Física de Partículas
Saturday, 8February, 2014
El Modelo Estándar de la Física de Partículas
Saturday, 8February, 2014
El Modelo Estándar de la Física de Partículas
Interacción fuer te: Cromodinámica
Cuántica (QCD)
Saturday, 8February, 2014
El Modelo Estándar de la Física de Partículas
Interacción electrodébil: Modelo de
Glashow-Weinberg-Salam
Saturday, 8February, 2014
El Modelo Estándar de la Física de Partículas
Interacción electrodébil: Modelo de
Glashow-Weinberg-Salam
Gargamelle
Saturday, 8February, 2014
Simetría
El progreso actual de la física se debe, en gran medida, el intento de simplificar y
profundizar la estructura de simetría de las interacciones fundamentales.
Saturday, 8February, 2014
Descubriendo las piezas: el “átomo planetario”
A≠Z
Rutherford et al, 1911-1920
Saturday, 8February, 2014
neutrón
Descubriendo las piezas: protones y neutrones
Descubrimiento del neutrón
Chadwick 1932
¿Cómo se mantienen unidos los protones y los neutrones?
Yukawa 1934
Saturday, 8February, 2014
Descubriendo las piezas: quarks
Three quarks for Muster Mark!
Sure he has not got much of a bark
And sure any he has it’s all beside the mark.
James Joyce, Finnegans Wake
Saturday, 8February, 2014
Descubriendo las piezas: quarks
Three quarks for Muster Mark!
Sure he has not got much of a bark
And sure any he has it’s all beside the mark.
James Joyce, Finnegans Wake
El zoo de partículas se explica con una
simetría basada en octetes (y decupletes): el
Camino Óctuple.
Gell-Mann, Ne’eman 1961
Saturday, 8February, 2014
Descubriendo las piezas: quarks
Three quarks for Muster Mark!
Sure he has not got much of a bark
And sure any he has it’s all beside the mark.
James Joyce, Finnegans Wake
El zoo de partículas se explica con una
simetría basada en octetes (y decupletes): el
Camino Óctuple.
Gell-Mann, Ne’eman 1961
Esto conduce de manera natural a la
hipótesis de que protones y neutrones están
constituidos por partículas más elementales:
los quarks.
Gell-Mann, Zweig 1964
Bjorken, Feynman 1968-9
Saturday, 8February, 2014
La Cromodinámica Cuántica
Los hadrones (protones, neutrones, piones, ...) están constituidos por quarks, que
poseen una carga de color.
1969 - mediados de 1970s
muchas contribuciones; la introducción del color se remonta a Greenberg (1964)
Saturday, 8February, 2014
La Cromodinámica Cuántica
Los hadrones (protones, neutrones, piones, ...) están constituidos por quarks, que
poseen una carga de color.
La interacción fuerte entre quarks
implica el intercambio de gluones, de la
misma forma que las cargas eléctricas
interactúan intercambiando fotones.
Saturday, 8February, 2014
La Cromodinámica Cuántica
Los hadrones (protones, neutrones, piones, ...) están constituidos por quarks, que
poseen una carga de color.
La interacción fuerte entre quarks
implica el intercambio de gluones, de la
misma forma que las cargas eléctricas
interactúan intercambiando fotones.
En la analogía electromagnetismo - interacción fuerte los nucleones son estados
ligados de quarks, como los átomos lo son de núcleo y electrones. Los protones y
neutrones están unidos por una fuerza similar a la de van der Waals, que une los
átomos en moléculas.
Saturday, 8February, 2014
¿Cuál es el origen de la masa?
Masa del electrón:
me � 0.511 MeV/c2
Masa del nucleón:
mN � 940 MeV/c2
Casi toda la masa del átomo está en el núcleo
Saturday, 8February, 2014
¿Cuál es el origen de la masa?
Masa del electrón:
me � 0.511 MeV/c2
Masa del nucleón:
mN � 940 MeV/c2
Casi toda la masa del átomo está en el núcleo
¿Cuál es el origen de la masa de un protón?
Saturday, 8February, 2014
¿Cuál es el origen de la masa?
Modelo Estándar: las partículas elementales adquieren masa a través de la rotura
espontánea de la simetría electrodébil.
Englert, Brout, Higgs, Guralnik,
Hagen, Kibble 1963-64
Saturday, 8February, 2014
¿Cuál es el origen de la masa?
Modelo Estándar: las partículas elementales adquieren masa a través de la rotura
espontánea de la simetría electrodébil.
Englert, Brout, Higgs, Guralnik,
Hagen, Kibble 1963-64
Saturday, 8February, 2014
Bosón de Higgs: partícula asociada a la
generación de masa.
¿Cuál es el origen de la masa?
Masa del electrón:
me � 0.511 MeV/c2
Masa del nucleón:
mN � 940 MeV/c2
Casi toda la masa del átomo está en el núcleo
¿Cuál es el origen de la masa de un protón?
mu ∼ 5 MeV/c2
md ∼ 10 MeV/c2
Saturday, 8February, 2014
⇒
(2mu + md ) ∼ 20 MeV/c2
electromagnetismo:
Ebind (H)
−5
≈
1.4
×
10
(me + mp )c2
interacción fuerte:
Ebind (proton)
≈ 50
2
3mq c
¿Cuál es el origen de la masa?
Masa del electrón:
me � 0.511 MeV/c2
Masa del nucleón:
mN � 940 MeV/c2
Casi toda la masa del átomo está en el núcleo
Más del 99% de la masa de la materia ordinaria es energía de ligadura
de interacción fuerte entre quarks
Saturday, 8February, 2014
Plan
La composición del Universo.
Materia ordinaria y componentes oscuros.
El interior del núcleo atómico: nucleones y quarks.
¿Cuál es el origen de la masa?
Cromodinámica cuántica.
Libertad asintótica y confinamiento.
Alta energía: el régimen perturbativo.
Baja energía: el régimen no perturbativo.
La interacción fuerte en la Física de Altas Energías de nuestros días.
Temperatura y densidad altísimas: ¿plasma de quarks y gluones?
La interacción fuerte en LHC.
Saturday, 8February, 2014
La Cromodinámica Cuántica
Los hadrones (protones, neutrones, piones, ...) están constituidos por quarks, que
poseen una carga de color.
La interacción fuerte entre quarks
implica el intercambio de gluones, de la
misma forma que las cargas eléctricas
interactúan intercambiando fotones.
Saturday, 8February, 2014
Libertad asintótica
Los hadrones (protones, neutrones, piones, ...) están constituidos por quarks, que
poseen una carga de color.
Saturday, 8February, 2014
Libertad asintótica
Los hadrones (protones, neutrones, piones, ...) están constituidos por quarks, que
poseen una carga de color.
Fuerte a gran distancia
Débil a corta distancia
Saturday, 8February, 2014
Burbujas en el vacío
Polarización del vacío
∆E ∆t ≥ �
El vacío cuántico posee estructura, revelada por los campos gauge.
Saturday, 8February, 2014
Burbujas en el vacío
Polarización del vacío
∆E ∆t ≥ �
Efecto Schwinger: creación de pares electrón-positrón en campos eléctricos muy fuertes.
Saturday, 8February, 2014
Burbujas en el vacío
Polarización del vacío
∆E ∆t ≥ �
ē
e
e
ē
Electrodinámica: apantallamiento de la carga
Cromodinámica: ANTI-apantallamiento de la carga
Saturday, 8February, 2014
Burbujas en el vacío
Polarización del vacío
∆E ∆t ≥ �
ē
e
e
ē
Electrodinámica: apantallamiento de la carga
Cromodinámica: ANTI-apantallamiento de la carga
Saturday, 8February, 2014
Burbujas en el vacío
Polarización del vacío
∆E ∆t ≥ �
ē
e
e
ē
Electrodinámica: apantallamiento de la carga
el fotón NO lleva carga de eléctrica
Cromodinámica: ANTI-apantallamiento de la carga
el gluon SÍ lleva carga de color
Saturday, 8February, 2014
Burbujas en el vacío
Polarización del vacío
Electrodinámica: apantallamiento de la carga
Cromodinámica: ANTI-apantallamiento de la carga
Saturday, 8February, 2014
∆E ∆t ≥ �
Confinamiento
Los quarks no
series.2 At αqq (µ) ≈ 0.2, the difference αqq (µ) − h(αSF (µ/s0)) is not significa
existen
partículas
en hadrones.
at all.como
We conclude
that aisladas:
also in eq.sólo
(13) confinados
a large non-perturbative
term at sho
distances is excluded.
Figure 4:
The potential compared to different perturbative expressions. He
rc = 0.54r0 [8].
Saturday, 8February, 2014
Confinamiento
Los quarks no existen como partículas aisladas: sólo confinados en hadrones.
Al alejar los quarks la tensión entre ellos es suficiente para excitar un par quarkantiquark en el vacío. La cuerda se rompe y se forman dos hadrones. (Similar a lo
que ocurre al intentar separar los polos de un imán.)
Saturday, 8February, 2014
r
�
�x , t) ,
,
Confinamiento
Los quarks no existen como partículas aisladas: sólo confinados en hadrones.
V (r ) ∼ σr
ers of magnitude thinner.
La tensión de la “cuerda” quark-antiquark es similar a la de un cable de acero, pero está
concentrada en una sección 13 órdenes de magnitud menor.
Saturday, 8February, 2014
Confinamiento
Los quarks no existen como partículas aisladas: sólo confinados en hadrones.
F ∼ 105 N
Saturday, 8February, 2014
σ ≈ (0.4 GeV)2
Confinamiento
Los quarks no existen como partículas aisladas: sólo confinados en hadrones.
F ∼ 105 N
Saturday, 8February, 2014
σ ≈ (0.4 GeV)2
Física de interacción fuerte a cortas distancias
Saturday, 8February, 2014
Física de interacción fuerte a cortas distancias
Saturday, 8February, 2014
Física de interacción fuerte a cortas distancias
medidas de la constante de acoplamiento
Un electrón de alta energía “ve” los quarks como partículas casi libres,
constituyentes del protón (“partones”).
Saturday, 8February, 2014
Física de interacción fuerte a largas distancias
Los diagramas de Feynman
(“teoría de perturbaciones”)
son inútiles.
Saturday, 8February, 2014
Física de interacción fuerte a largas distancias
Los diagramas de Feynman
(“teoría de perturbaciones”)
son inútiles.
αs
αs6
αs ∼ 1 ,
Saturday, 8February, 2014
αem ∼ 0.01
Física de interacción fuerte a largas distancias
Estudiar las propiedades de los hadrones (protones, neutrones, ...) requiere una
formulación nueva de la teoría cuántica de campos, capaz de afrontar el régimen
de “acoplamiento fuerte”.
Saturday, 8February, 2014
Física de interacción fuerte a largas distancias
Estudiar las propiedades de los hadrones (protones, neutrones, ...) requiere una
formulación nueva de la teoría cuántica de campos, capaz de afrontar el régimen
de “acoplamiento fuerte”.
QCD en la red (“Lattice QCD”)
Wilson 1974
a
L
I-2
Permite resolver el problema mediante el
uso de superordenadores.
Saturday, 8February, 2014
Baryon Spectrum (Durr et.al. ’08)
Física de interacción fuerte a largas distancias
Estudiarspacings
las propiedades
los hadrones (protones,
neutrones, ...) requiere una
3 lattice
fordecontinuum
extrapolation
formulación nueva de la teoría cuántica de campos, capaz de afrontar el régimen
de “acoplamiento fuerte”.
Non-relativistic
heavy baryon χPT and Taylor χ fits
Resonances: ground state FV energy shift
QCD en la red (“Lattice QCD”)
Wilson 1974
2000
O
N
a
E = mc
2
1500
O
X*
S*
a~0.125 fm
L
a~0.085 fm
a~
~0.065 fm
physical Mp
0.1
Saturday, 8February, 2014
M[MeV]
X
0.2
0.3
2
2
Mp [GeV ]
0.4
S
D
L
1000
K*
N
r
500
0.5
K
p
0
experiment
width
input
QCD
Plan
La composición del Universo.
Materia ordinaria y componentes oscuros.
El interior del núcleo atómico: nucleones y quarks.
¿Cuál es el origen de la masa?
Cromodinámica cuántica.
Libertad asintótica y confinamiento.
Alta energía: el régimen perturbativo.
Baja energía: el régimen no perturbativo.
La interacción fuerte en la Física de Altas Energías de nuestros días.
Temperatura y densidad altísimas: ¿plasma de quarks y gluones?
La interacción fuerte en LHC.
Saturday, 8February, 2014
El diagrama de fases de la interacción fuerte
Diagrama de fases del agua
Saturday, 8February, 2014
El diagrama de fases de la interacción fuerte
Diagrama de fases del agua
Diagrama de fases de la
interacción fuerte
Saturday, 8February, 2014
El diagrama de fases de la interacción fuerte
Diagrama de fases del agua
A alta temperatura/densidad los quarks
y gluones dejan de estar confinados.
Diagrama de fases de la
interacción fuerte
Saturday, 8February, 2014
Buscando el plasma de quarks y gluones
Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC).
Brookhaven, New York.
Colisiona núcleos de oro
(79 protones, 118 neutrones)
Saturday, 8February, 2014
Buscando el plasma de quarks y gluones
Saturday, 8February, 2014
La interacción fuerte en LHC
LHC
Saturday, 8February, 2014
La interacción fuerte en LHC
Saturday, 8February, 2014
La interacción fuerte en LHC
LHC acelera protones a altísimas energías
Una colisión típica produce cientos de partículas.
El objetivo de este experimento es entender la física más allá del
Modelo Estándar. En particular, cuál es la estructura de simetría
fundamental de la Naturaleza, y cómo las partículas elementales
(quarks, electrones, ...) adquieren su masa.
Saturday, 8February, 2014
La interacción fuerte en LHC
LHC acelera protones a altísimas energías
Una colisión típica produce cientos de partículas.
La interacción fuerte es la que domina estas colisiones. Es esencial controlar sus
efectos con suficiente precisión para desentrañar la física que desconocemos.
Saturday, 8February, 2014
La interacción fuerte en LHC
Además, LHC también está explorando la física de las colisiones de iones
pesados (plasma de quarks y gluones), a energías más altas que RHIC.
Colisiona núcleos de plomo
(82 protones,
124-126 neutrones)
Saturday, 8February, 2014
La interacción fuerte en LHC
Además, LHC también está explorando la física de las colisiones de iones
pesados (plasma de quarks y gluones), a energías más altas que RHIC.
Saturday, 8February, 2014
LHC
Detectores
registra los productos de las
colisiones en puntos concretos
del acelerador
Análisis
Acelerador
acelera partículas subatómicas a
velocidades comparables a c
Saturday, 8February, 2014
los datos de las colisiones son
estudiados para desentrañar la
estructura de las interacciones a
nivel microscópico
LHC
Saturday, 8February, 2014
LHC
Saturday, 8February, 2014
LHC
Circunferencia
Temperatura de los dipolos
Número de imanes
Nº de dipolos principales
Nº de cuadrupolos principales
Nº de cavidades de radiofrecuencia
Energía nominal (protones)
Energía nominal (iones)
Intensidad campo magnético (dipolos)
Dist. Mínima entre paquetes
Luminosidad nominal
Nº de paquetes por haz de protones
Nº de protones por paquete
Nº de vueltas por segundo
Nº de colisiones por segundo
Energía por nucleón
Saturday, 8February, 2014
LHC
LHCb
Atlas
CMS
Alice
2525
Saturday, 8February, 2014
LHC
Saturday, 8February, 2014
LHC
Saturday, 8February, 2014
LHC
Saturday, 8February, 2014
=/*))$>)1*&$7?$@)81*51,;)$ABC$
LHC
70)*1D7%&$1($(/)$3%)*2E$?*7%D)*$
=/*))$>)1*&$7?$@)81*51,;)$ABC$
!"#"$ !"##$
70)*1D7%&$1($(/)$3%)*2E$?*7%D)*$
!"#$%&'()*+,%)-)./0%
>/?%@+(A%0)B'.6C%
6.D%EFGH&%
!"#"$ !"##$
#21#3%
#4%5*1%%
6/%7%8)9%
!"#$%&$'%()*+,-%./$&01.'%2$$
!"#$%&'()*+,%)-)./0%
#21#3%
#4%5*1%%
#211%6/%7%8)9%
/?
> %@+(A%0)B'.6C%
*1%%
:;<%5
6.D%EFGH&%
6/%=%8)9% #211%
#212%
:;<%5*1%%
%
2;2:%5
6/%=%8)9*1%%
!"#$%&$'%()*+,-%./$&01.'%2$$
34)%($(15)%$1($*1%678$
9:;;)6<$,-%./$.*7&&'%2&$$
!"##$
#212%
2;2:%5*1%%
6/%=%8)9%
!"12$%&'()*+,%)-)./0%
%
6/%=%8)9%
34)%($(15)%$1($*1%678$
9:;;)6<$,-%./$.*7&&'%2&$$
!"##$
!"12$%&'()*+,%)-)./0%%
"#$%&$'%()*+,-%./$&01.'%2$$
"#$%&$'%()*+,-%./$&01.'%2$$
34)%($(15)%$1($*1%678$
34)%($(15)%$1($*1%678$
9:;;)6<$,-%./$.*7&&'%2&$$
9:;;)6<$,-%./$.*7&&'%2&$$
I)0'J.%-6(+)%%
I)0'J.%-6(+)%%
")K,)L/)D%/M%N)%
")K,)L/)D%/M%N)%
4>%Q$%%
C)6L?)D%6/%OP12
4>%
C)6L?)D%6/%OP12 Q$%%
!"#!$
!"#!$
!"#2$%&'()*+,%)-)./0%%
!"#2$%&'()*+,%)-)./0%
%
"#$%&$'%()*+,-%./$&01.'%2$$
"#$%&$'%()*+,-%./$&01.'%2$$
Saturday, 8February, 2014
>%
>%
LHC
9&88-%:62**$#8$%
12$3045*#6&,7$
'(%"13$1-%"7%028#&,43$%
)**$&+,#-./,&0+($
!"#$%&''($
!"#$%&#%'(%)&**&"#%$+$#,-.%
!/(%0&**&"#%1$23"4,%562##$*-.%
Saturday, 8February, 2014
!"#$%&'()*&+$,-..$/'.*0'12*'34$
LHC
5-..$+'.*0'12*'34.$630$&-7)$&8&4*$79-..:$;&'()*&+$1<$!"#$
(0-9$36$1-7=(0324+$53+&9$38&0$-$734.*-4*$.'(4-9$60-7*'34$'4*&08-9$
Saturday, 8February, 2014
012 The Status of the Higgs Search
J. Incandela for the CMS COLLABORATION
!"#$#%&'$()#&(*+,*
43