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SPRACE Centro Regional de Análise de São Paulo.  Do que o mundo é feito: As partículas e suas interações  Explorando o mundo subatômico: Aceleradores.

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1 SPRACE Centro Regional de Análise de São Paulo

2  Do que o mundo é feito: As partículas e suas interações  Explorando o mundo subatômico: Aceleradores e detectores  Um pouco de história: Descobertas do último século  O Large Electron Positron Collider e o Z  Exercício MasterClass: Identificando eventos no decaimento do Z 2010SPRACE Programa 2

3 Parte SPRACE3

4 4 Do que é feito o Universo? SPRACE China AC Grécia 500 AC Mendeleiev1850 Século XX 42010

5 Física de Partículas???  “Física de Partículas” é uma maneira vaga de se falar… Esse é o nome moderno que se dá ao antigo esforço de compreender as leis da Natureza  Nós usamos “Física de Partículas” como uma abreviatura para essa longa e difícil busca pois durante o século XX as partículas subatômica desempenharam um importante papel 2010SPRACE5 Edward Witten Public Lecture at the 34th International Conference on High Energy Physics (ICHEP08)

6 2010SPRACE6

7 Do Átomo aos Quarks 2010SPRACE

8 Essas 3 partículas formam todo o universo! As 3 Famílias QuarksLeptons up down charm strange top bottom elétron múon tau neutrino do elétron neutrino do múon neutrino do tau

9 Os Sabores charm strange top elétron neutrino do múon down 20109SPRACE

10 Construindo o Universo prótonsnêutrons Multiplique isso agora por bilhões e bilhões e bilhões … elétrons Átomo de Hélio SPRACE

11 E você terá o Universo SPRACE

12 2010SPRACE12 Átomos

13 Para cada tipo de partículaExiste uma antipartícula E a antimatéria? Partículas e antipartículas possuem carga elétrica oposta (e sabor e cor) mas mesma massa (e spin) up down elétron neutrino do elétron anti-up anti-down pósitron Antineutrino do elétron Mas até onde sabemos, o Universo é composto basicamente de matéria.

14 Anti-Tom HanksTom Hanks Matéria versus Antimatéria Seria na realidade muito parecido com ele

15 Mas quando eles se encontram… Matéria versus Antimatéria SPRACE

16 As Forças da Natureza 2010SPRACE Força gravitacional Força Eletromagnética Força Forte 1 Força Fraca H3H 3 He

17 A cor + − ++ − − Interação Eletromagnética Interação Forte SPRACE

18 A cor: bárions e mésons Bárions Mésons SPRACE

19 Interações, Sabor e Cor  Interação Forte: troca a cor  Interação Fraca: troca o sabor 2010 SPRACE 19 q (azul) q (verde ) g (azul- antiverde) u (+2/3) d (-1/3) W (-1)

20 Férmions: Léptons  Elétron:  1897 Thomson  Múon:  1937 Neddermeyrer, Anderson  Tau:  1975 Perl  Neutrino do Elétron  1956 Cowan, Reines  Neutrino do Múon  1962 Lederman  Neutrino do Tau  2000 DONUT Collab., Fermilab 2010SPRACE Sabor Massa (Gev) Carga Neutrino Leve (0-0,13)X Elétron0, Neutrino Médio (0,009-0,13)X Múon0,106 Neutrino Pesado (0,04-0,14)X Tau1,777 20

21 Férmions: Quarks  Up, Down, Strange  1964 Gell Mann  Charm  1974 Ting, Richter  Bottom  1977 Herb et al.  Top  1995 CDF, DØ 2010SPRACE Sabor Massa (Gev) Carga Up0,0022/3 Down~ 0,005-1/3 Charm1,32/3 Strange~ 0,1-1/3 Top1732/3 Bottom4,2-1/3 21

22 Bósons Intermediários  Fóton  1923 Compton  W e Z  1983 UA1/2 Collab. (CERN)  Glúon – 1979 MARKJ/TASSO/PLUTO/JADE (Desy) 2010SPRACE Sabor Massa (Gev) Carga Fóton00 W+W+ 80,391 Z0Z0 91,190 W-W- 80,39 Glúon00 22

23 Massas muito diferentes 2010SPRACE t b c sud p 23

24 Resumo: Partículas e Interações 2010SPRACE Gluons (8) Quarks Mesons Barions Núcleo Graviton ? Bosons (W,Z) Átomos Luz Química Eletrônica Sistema Solar Galaxias Buracos Negros Decaimento do Nêutron Radioatividade Beta Interação dos Neutrinos Brilho do Sol Forte Fóton Gravitacional Fraca Eletromagnética Tau Muon Elétron Tau Neutrino Muon Neutrino Elétron Neutrino Bottom Strange Down Top Charm Up 2/3 -1/3 cada quark: R, B, G 3 cores Quarks Carga Elétrica Léptons Carga Elétrica 24

25 Algumas Questões em Aberto  Matéria X Antimatéria  Apesar de terem sido criadas em igual quantidade no início do universo, porque vemos praticamente apenas matéria atualmente?  Origem da Massa  Seria possível compreender de forma mais profunda a origem da massa de todas as partículas? Seria realmente o mecanismo de Higgs o responsável por essa massa?  Matéria Escura e Energia Escura  Uma forma invisível de matéria domina a matéria observada nas galáxias e clusters. Seria constituída de um novo tipo de partículas?  Universo em Aceleração  A expansão do Universo parece estar acelerando. Existira uma nova interação ou dimensões extras do espaço? 2010SPRACE25

26 2010SPRACE26

27 SPRACE27 Isso aumenta a sua resistência ao movimento, ou ele adquire massa como uma partícula se movendo no campo de Higgs O Campo de Higgs Quando um cientista famoso entra na sala ele causa uma tumulto e atrai vários admiradores para junto de si Uma sala cheia de cientistas conversando é parecido com o espaço preenchido apenas pelo campo de Higgs 2010

28 SPRACE28 E o Bóson de Higgs... Cria uma espécie de aglomeração, só que agora, entre os próprios cientistas que estão na sala. Esses aglomerados são parecidos com o bósons de Higgs Se um rumor é anunciado através da sala

29 O brilho das estrelas e a interação fraca SPRACE29 •Estrelas convertem H em He através de: –Cadeia próton-próton (pp) –Ciclo carbono-nitrogênio-oxigênio (CNO) •A cadeia pp é a mais importante em estrelas menores como o Sol –Devido a barreira eletromagnética, esse processo é muito lento (10 bilhões de anos): por isso o Sol brilha a tanto tempo. –Ocorre em 2 etapas Fusão de 2 núcleos de H dando 3 H  Pósitron emitido se aniquila com elétron dando origem a 2 fótons Fusão núcleo de deutério e H  Dando origem a 3 He e 1 fóton 2010


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