masterclass 2010
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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 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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SPRACE
Centro Regional de Análise de São Paulo
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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 Z2010 SPRACE
Programa
2
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Parte 1
2010 SPRACE 3
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SPRACE 4
Do que é feito o Universo?
SPRACE
ChinaChina5.000 AC5.000 AC
GréciaGrécia500 AC500 AC
MendeleievMendeleiev18501850
Século XXSéculo XX
42010
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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
2010 SPRACE 5
Edward WittenPublic Lecture at the
34th International Conference on High Energy Physics (ICHEP08)
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2010 SPRACE 6
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Do Átomo aos Quarks
2010 SPRACE
10-9
7
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Essas 3 partículas formam todo o universo!
As 3 Famílias
Quarks Leptons
up
down
charm
strange
top
bottom
elétron múon tau
neutrino
do elétron
neutrino do múon
neutrino do tau
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Os Sabores
charm
strange topelétron neutrino
do múon
down
2010 9SPRACE
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Construindo o Universo
prótons nêutrons
Multiplique isso agora por bilhões e bilhões e bilhões …
elétrons
Átomo de Hélio
2010 10SPRACE
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E você terá o Universo
2010 11SPRACE
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2010 SPRACE 12
Áto
mos
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Para cada tipo de partícula Existe 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.
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Anti-Tom Hanks Tom Hanks
Matéria versus Antimatéria
Seria na realidade muito
parecido com ele
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Mas quando eles se encontram…
Matéria versus Antimatéria
2010 15SPRACE
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As Forças da Natureza
2010 SPRACE
Força gravitacional
1010-40-40
Força Eletromagnética
1010-2-2
16
Força Forte
11
Força Fraca 1010-5-5
3H 3He
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A cor
+−++
− −
Interação Eletromagnética Interação Forte
2010 17SPRACE
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A cor: bárions e mésons
Bárions
Mésons2010 18SPRACE
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Interações, Sabor e Cor Interação Forte:
troca a cor
Interação Fraca: troca o sabor
2010SPRACE
19
q (azul)
q (verde)
g (azul-
antiverde)u (+2/3)
d (-1/3)W (-1)
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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
2010 SPRACE
SaborMassa(Gev)
Carga
NeutrinoLeve
(0-0,13)X10-9 0
Elétron 0,000511 -1
NeutrinoMédio
(0,009-0,13)X10-9 0
Múon 0,106 -1
NeutrinoPesado
(0,04-0,14)X10-9 0
Tau 1,777 -1
20
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Férmions: Quarks
Up, Down, Strange 1964 Gell Mann
Charm 1974 Ting, Richter
Bottom 1977 Herb et al.
Top 1995 CDF, DØ
2010 SPRACE
SaborMassa(Gev)
Carga
Up 0,002 2/3
Down ~ 0,005 -1/3
Charm 1,3 2/3
Strange ~ 0,1 -1/3
Top 173 2/3
Bottom 4,2 -1/3
21
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Bósons Intermediários Fóton
1923 Compton
W e Z 1983 UA1/2 Collab. (CERN)
Glúon– 1979 MARKJ/TASSO/PLUTO/JADE
(Desy)
2010 SPRACE
SaborMassa(Gev)
Carga
Fóton 0 0
W+ 80,39 1
Z0 91,19 0
W- 80,39 -1
Glúon 0 0
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Massas muito diferentes
2010 SPRACE
ttbb
ccss
uu
dd
pp
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Resumo: Partículas e Interações
2010 SPRACE
Gluons (8)
Quarks
Mesons Barions Núcleo
Graviton ? Bosons (W,Z)
ÁtomosLuzQuímicaEletrônica
Sistema SolarGalaxiasBuracos Negros
Decaimento do NêutronRadioatividade BetaInteração dos NeutrinosBrilho do Sol
Forte
Fóton
Gravitacional Fraca
Eletromagnética
Tau
Muon
Elétron
TauNeutrino
MuonNeutrino
ElétronNeutrino
-1
-1
-1
0
0
0
Bottom
Strange
Down
Top
Charm
Up
2/3
2/3
2/3
-1/3
-1/3
-1/3
cada quark: R, B, G 3 cores
Quarks
Carga Elétrica
Léptons
Carga Elétrica
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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?
2010 SPRACE 25
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2010 SPRACE 26
![Page 27: MasterClass 2010](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022062321/5681427c550346895daea5a2/html5/thumbnails/27.jpg)
SPRACE 27
Isso aumenta a sua resistência ao movimento, ou ele adquire massa como uma
partícula se movendo no campo de Higgs
O Campo de HiggsO 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
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SPRACE 28
E o Bóson de Higgs...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...
2010
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O brilho das estrelas e a interação fraca
SPRACE 29
• 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 etapasFusão 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
2010