SPRACE Centro Regional de Análise de São Paulo MasterClass 2010 SPRACE Centro Regional de Análise de São Paulo

Programa 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 2010 SPRACE

Do que o mundo é feito: As partículas e suas interações Parte 1 Do que o mundo é feito: As partículas e suas interações 2010 SPRACE

Do que é feito o Universo? Século XX China 5.000 AC Grécia 500 AC Mendeleiev 1850 China Antiga "Teoria dos 5 Elementos” : metal, madeira, água, fogo e terra  constituiriam toda a matéria do universo.  5.000 anos atrás (reino de Huang Di) Citados no livro Shang Shu ou Shu Jing (“O Livro de História), um dos 6 clássicos compilados por Confúcio. Descrição via cinco elementos  anterior à criação dos caracteres da escrita chinesa. Antiga mas não corresponde à realidade! http://en.wikipedia.org/wiki/Five_elements_(Chinese_philosophy) http://en.wikipedia.org/wiki/Classical_element http://www.henryfong.com/screensavers.htm http://www.purifymind.com/FoundChemistry.htm 2010 SPRACE SPRACE 4 4

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 “Particle physics” is a loose way of talking... It is a modern name for the centuries old effort to understand the laws of nature. We talk about “particle physics” as a short hand for this quest because in the 20th century it turned out that the subatomic particles do play an important role.   Edward Witten Public Lecture at the 34th International Conference on High Energy Physics (ICHEP08) 2010 SPRACE

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Do Átomo aos Quarks 10-9 2010 SPRACE

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

Os Sabores charm strange top elétron neutrino do múon down 2010 SPRACE

Construindo o Universo elétrons Átomo de Hélio prótons nêutrons Multiplique isso agora por bilhões e bilhões e bilhões … 2010 SPRACE

E você terá o Universo 2010 SPRACE 11

Átomos 2010 SPRACE

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

Matéria versus Antimatéria Anti-Tom Hanks Tom Hanks Seria na realidade muito parecido com ele There’s nothing inherently evil about antimatter If it’s common, it was called matter If it’s uncommon, it was called antimatter Images of Tom Hanks as Robert Langdon are from the Angels & Demons Web site.

Matéria versus Antimatéria Mas quando eles se encontram… Images of Tom Hanks as Robert Langdon are from the Angels & Demons Web site. 2010 SPRACE

10-2 1 10-40 10-5 As Forças da Natureza Força Eletromagnética Força Forte 1 Força gravitacional 10-40 Força Fraca 10-5 3H 3He 2010 SPRACE

A cor Interação Eletromagnética Interação Forte + − 2010 SPRACE

A cor: bárions e mésons Bárions Mésons 2010 SPRACE

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

Férmions: Léptons Elétron: Múon: Tau: Neutrino do 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 Sabor Massa (Gev) Carga Neutrino Leve (0-0,13)X10-9 Elétron 0,000511 -1 Médio (0,009-0,13)X10-9 Múon 0,106 Pesado (0,04-0,14)X10-9 Tau 1,777 2010 SPRACE

Férmions: Quarks Up, Down, Strange Charm Bottom Top 1964 Gell Mann 1974 Ting, Richter Bottom 1977 Herb et al. Top 1995 CDF, DØ Sabor Massa (Gev) Carga Up 0,002 2/3 Down ~ 0,005 -1/3 Charm 1,3 Strange ~ 0,1 Top 173 Bottom 4,2 2010 SPRACE

Bósons Intermediários Fóton 1923 Compton W e Z 1983 UA1/2 Collab. (CERN) Glúon 1979 MARKJ/TASSO/PLUTO/JADE (Desy) Sabor Massa (Gev) Carga Fóton W+ 80,39 1 Z0 91,19 W- -1 Glúon 2010 SPRACE

Massas muito diferentes c s b R = 2.68 X M^1/3 p 2010 SPRACE

Resumo: Partículas e Interações 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 Neutrino -1 Bottom Strange Down Top Charm Up 2/3 -1/3 cada quark: R , B G 3 cores Carga Elétrica Léptons 2010 SPRACE

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? ~ 96% do Univers 2010 SPRACE

Sldes Extras 2010 SPRACE

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

Se um rumor é anunciado através da sala... E o Bóson de Higgs... Se um rumor é anunciado através da sala... 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 2010 SPRACE

O brilho das estrelas e a interação fraca 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 3H Pósitron emitido se aniquila com elétron dando origem a 2 fótons Fusão núcleo de deutério e H Dando origem a 3He e 1 fóton http://www.wordiq.com/definition/Proton-proton_chain 2010 SPRACE