Ciencia e Ingeniería Espacial

ING 306

COSMOLOGÍAParte c

© Dr. Jorge Heraud P.Pontificia Universidad Católica del Perú

jheraud@pucp.edu.pe

• Peter Higgs, Robert Brout y François Englert plantearon la existencia de un campo que se

formó después del Big Bang, para explicar la existencia de partículas portadoras de fuerza que tienen masa (gluón, Z, W- , W+).

• Este campo (campo de Higgs) interactúa con ciertas partículas, proporcionándoles su masa a través del bosón de Higgs.

LA PARTÍCULA HIGGS

• El “Gran Colisionador de Hadrones” (LHC) tiene 28 km de diámetro y esta a unos 100 m. bajo tierra, cruza Francia y Suiza y pertenece a la organización europea CERN.

• Debe entrar e funcionamiento el 10 de Setiembre 2008 y una de sus principales tareas es la búsqueda del Bosón de Higgs.

• También podrá observar desde el inicio otras partículas, incluyendo agujeros negros microscópicos. Existe temor por las consecuencias, pero CERN ha establecido seguridades muy altas.

• La siguiente vista muestra el CMS (Solenoide Compacto de Muones)

El LHC en CERN, GINEBRA

• La siguiente vista muestra el interior del CMS (Solenoide Compacto de Muones) que contiene unos 100 millones de sensores, cada uno dispuesto para detectar diversas partículas y fenómenos.

El LHC en CERN, GINEBRA

• La siguiente vista muestra una de las formas más populares de transporte dentro del tubo principal del LHC

El LHC en CERN, GINEBRA

• En la siguiente foto, tomada en el 2008, se esta instalando una tubería en el detector ATLAS, la última sección del LHC. Este es el detector de partículas más grande del mundo, mide 45m de longitud, 25m de ancho y 25 m de altura. Pesa 7,716 toneladas y consta de 100 millones de sensores para detectar las partículas producidas por las colisiones protón-protón.

El LHC en CERN, GINEBRA

• La siguiente vista muestra la cámara de ALICE, que registra y reconstruye las trayectorias de rayos cósmicos.

• Su diámetro de más de 5m, la hace la mayor de su tipo en el mundo.

El LHC en CERN, GINEBRA

Simulación del detector de ALICE, en el que se muestra lo

que ocurrirá cuando colisiones iones de plomo en el LHC.

El LHC en CERN, GINEBRA

• Descubierto en 1897 por J.J. Thomson en el Laboratorio Cavendish, Univ. de Cambridge, Inglaterra. Fue la primera partícula subatómica en descubrirse.

• Thomson también descubrió que el electrón formaba parte del átomo, que su masa era mucho menor que la del protón y formó los primeros haces de partículas.

• La masa del electrón es 1840 veces menor que la del protón pero su carga eléctrica es igual.

• El descubrimiento de Thomson empezó la nueva física atómica, originó la física cuántica, dio nueva interpretación a la química de valencias, produjo nueva interpretación de la corriente eléctrica y dio nombre a la nueva disciplina del Siglo XX : la Electrónica.

Leptones con carga : EL ELECTRÓN (e)

• Descubierto en 1937 por Anderson, Neddmeyer & Stevenson a través de experimentos para detectar rayos cósmicos provenientes del espacio exterior.

• Su masa es 200 veces la del electrón, pero su carga es igual.• Su poca interacción con la materia la hace altamente

penetrante.

Leptones con carga :

EL MUÓN ()

• Descubierto en 1975 en el acelerador lineal de Stanford (SLAC) por Martin Perl y otros por la colisión de un haz de electrones y otro de positrones y dio orígen al Premio Nóbel de Física.

• El positrón y el electrón producen un tau y un antitau, los que decaen, el primero en un positrón, un electrón neutrino y un tau antineutrino y el segundo en un muón, un muón antineutrino y un tau neutrino. Los 4 neutrinos resultan indetectables:

Leptones con carga : EL TAU ()

• El Electrón Neutrino, fue descubierto por Wolfgang Pauli quien infirió su existencia en 1930 pero no fue observado sino hasta 1959 por Reines y Cowan.

• El Mu Neutrino fue descubierto en 1961 por Lederman, Steinberg y Schwartz , y recibieron el Premio Nóbel en 1988.

• El Tau Neutrino fue inferido en 1975 y observado en el año 2000 en Fermilab por Lundberg y Paolone.

• El Neutrino Estéril, un cuarto tipo de neutrinos según una teoría de Päs,Pakvasa y Weiler podría saltar de un espacio extradimensional, fuera del nuestro de cuatro dimensiones y explicar las oscilaciones de los otros neutrinos. El nuevo MicroBooNE de Fermilab lo buscará a partir del 2011.

Leptones sin carga :LOS NEUTRINOS

e

• Max Planck utilizó constantes físicas fundamentales y universales para determinar un sistema de medidas, prescindiendo de las medidas antropomorfas y las geomorfas y basarlas más bien el constantes físicas universales.

• Al ser G = c = h/2 = 1, resultan una serie de simplificaciones aunque las unidades básicas en muchos casos resultan extremadamente grandes o pequeñas.

UNIDADES UNIVERSALES

• En 1968, Gabriele Veneziano observó que una oscura expersión matemática llamada la función Beta de Euler :

• describía muy bien algunos aspectos de la Fuerza Nuclear Fuerte y nadie sabía porqué.

• En 1970, Nambu, Nielsen y Susskind encontraron que si reemplazaban en una función de su teoría a las partículas puntuales por una corta “cuerda” de una dimensión, la solución resultaba ser la función Beta de Euler.

• Si bien la nueva Teoría de Cuerdas daba buenos resultados intuitivos, pronto resultó dando predicciones contradictorias con los esperimentos.

TEORÍA DE CUERDAS

• Otro de los problemas fue la aparición en la teoría de gran número de modos de vibrar para las cuerdas y si cada uno representa una partícula, habían mucho más modos que partículas conocidas.

• Los éxitos del descubrimiento de los Quarks y la Teoría de la Cromodinámica Cuántica y los fracasos experimentales de la Teoría de Cuerdas trajeron un estancamiento a esta.

• Si cada modo-cuerda representa el bosón de una fuerza, algunos modos no representaban a ninguna.

TEORÍA DE CUERDAS

• En 1974, John Schwarz y Joël Scherk encontraron que el Gravitón, la hipotética partícula de interacción de la Gravedad era descrito en la Teoría de Cuerdas mediante un modo de vibración que tenía sus propiedades (dependencia de

radio de acción infinito, naturaleza atractiva únicamente). De este modo se había hallado por primera vez, una posible teoría cuántica que incluyera a la gravedad !, cosa que ni el mismo Einstein había logrado tras décadas de trabajo.

• Sin embargo el trabajo de Schwarz y Scherk fue ignorado por una década más.

TEORÍA DE CUERDAS

• En 1984, Michael Green y John Schwarz dieron nuevos bríos con la modificación a la teoría para incluir Supersimetría, cconvirtiéndola en la Teoría Supersimétrica de Cuerdas o Teoría de SuperCuerdas.

• La teoría original de Veneziano describía sólo a los Bosones pero era obvio que una “Teoría del Todo” debía incluir a los Fermiones.

• En 1971 Pierre Ramond y otros en Fermilab ya había tratado ello y descubierto que las oscilaciones de Bosones y Fermiones ocurrían en pares. Para 1977 ya se entendía que estas parejas correspondían a partículas supersimétricas.

TEORÍA DE SUPERCUERDAS

• Las cuerdas pueden ser abiertas o cerradas y cada una puede vibrar en diferentes modos y frecuencias.

TEORÍA DE SUPERCUERDAS