modelo estandar casas 2013
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8/19/2019 Modelo Estandar Casas 2013
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Alberto Casas(IFT-CSIC/UAM, Madrid)
CRIF Las Acacias
2013
La Frontera de la Física de
Partículas. El Modelo Estándar
Alberto Casas, Instituto de Física Teórica, IFT-CSIC/UAM, Madrid
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LHC
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EL LHC es una máquinapara acelerar y hacerchocar protones aenormes energías.
En cada colisión seproducen cientos departículas.
Del estudio de estas partículas seespera obtener información nueva ycrucial para nuestra comprensión de
la naturaleza.Alberto Casas, Instituto de Física Teórica, IFT-CSIC/UAM, Madrid
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EL objetivo del LHC es traspasar lafrontera actual del conocimiento básicosobre la naturaleza
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¿ Por qué... ?
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¿Por qué hay tantas sustancias yobjetos diversos?
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...
Tabla Periódica
...
Mendeleiev(1867)
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Tabla Periódica
?Átomo
Rutherford(1909)
Bohr(1913)
A l b e r t o
C a s a s ,
I n s
t i t u t o d e
F í s i c a
T e ó r i c a ,
I F T - C
S I C / U A M
, M a
d r i
d
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protón neutrón electrón
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...
protón neutrón electrón
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Modelo Estándar
(~1980)
Componentes de la
MateriaInteracciones
Simetría
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MateriaMateria
1932 p, n, e ν
193 7 µ
1940s mesones π, K
1950s partículas Λ, ∆, Σ, ...
...Actualmente se conocen unas 300 partículas
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En 1964 se propuso la idea de los quarks
u
d
u
protón
d
u
d
neutrón
Gell-MannZweig
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u
d
u
protón
d
u
d
neutrón
¿Qué mantiene unidos a los quarks?
¿Por qué no se ha visto nunca un quark libre?
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νe
e
u
d
1a familia de partículas elementales
casi todo está hecho con ellas
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νe
e
u
d
1a familia
νµ
µ
c s
2a
familia
ντ
τ
t
b
3a familia
1897
1995
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νe
e
u
d
1a familia
νµ
µ
c s
2a
familia
ντ
τ
t
b
3a familia
¿Por qué?
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Masas de las partículasMasas de las partículas
4.2b0,095s0,004d
173t 1,25c0,002u
? ντ? νµ? νe
1,78τ0,106µ0,0005e
(en GEV)
leptones
hadrones
1a 2a 3a
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InteraccionesInteracciones
A l b e r t o
C a s a s ,
I n s
t i t u t o d e
F í s i c a T
e ó r i c a ,
I F T - C
S I C / U A M
, M a
d r i
d
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Todas estas interacciones son manifestaciones
de sólo
4 interacciones básicas
gravitatoria fuerte
electromagnética débil
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Estas interacciones están mediadas por otraspartículas: mensajeros de la interacción
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e
e e
e
γ Interacción Electromagnética
≡ Intercambio de fotones
Estas interacciones están mediadas por otraspartículas: mensajeros de la interacción
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Masas de las partículasMasas de las partículas
4.2b0,095s0,004d
173t 1,25c0,002u
? ντ? νµ? νe
1,78τ0,106µ0,0005e
(en GEV)
leptones
hadrones
1a 2a 3a
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SimetríaSimetría
...Quizá el concepto más importante en lafísica de partículas moderna
Simetría ≡ Invariancia bajo transformaciones
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¿ Presenta la naturaleza alguna
simetría ?
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Lo verdaderamente fundamental no son los
objetos, sino las leyes de la física que losoriginan.
... y las leyes de la física tienen una enormesimetría
Es decir, quedan invariantes bajo ciertas
transformaciones matemáticas
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Las leyes de la física tieneninvarianza temporal :
Por ejemplo:
no cambian con el tiempo
Conservación dela Energía
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Conserv. del momento
Conserv. de la energía
Conserv. del mom. angular
masa y espínCambios de sistema dereferencia(transformacionesrelativistas)
Traslaciones espaciales
Traslaciones temporales
Rotaciones
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Simetrías InternasSimetrías Internas
En una Teoría Cuántica de Campos (como elModelo Estándar), los objetos fundamentalesno son las partículas sino los campos.Las partículas son las excitaciones (cuánticas)
del campo
Esto da posibilidades de nuevas simetrías
CampoElectromagnético Fotón
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Imaginemos una teoría que depende de doscampos:
pero sólo a través de la combinación
la teoría es invariante bajo la transformación:
simetría internasimetría interna
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Emmy Noether(1915)
Las simetrías internas tambiénproducen cantidades conservadas
¡La conservación de la carga
eléctrica proviene de una simetríainterna de las ecuaciones delElectromagnetismo!
EMEM U(1)EM
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Simetrías LocalesSimetrías Locales
Si la simetría es válida para cualquier
simetría localsimetría local
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Simetrías locales
Interacciones
Yang & Mills
(1954)
Las partículasmediadoras de esas
interacciones hande ser bosones sinmasa
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La interacción
electromagnética ylos fotones ...
¡ La simetría EM es local !
... son consecuenciade una simetría localde la naturaleza
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CCOOLLOORR SU(3)C
Interacciones fuertes:
... son consecuencia deotra simetría local:
8 gluones (sin masa)(~1970s)
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u u d
protón
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Interacciones débiles:
n
p
ν
e
Fermi (1933)
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Interacciones débiles:p
ν
e W –
u n
d d
u
d u
W + , W – debían tener masa
problemaproblemaAlberto Casas, Instituto de Física Teórica, IFT-CSIC/UAM, Madrid
Si íSi t í t
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Simetrías rotasSimetrías rotas
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R á d i íR t tá d i t í
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A B 0
0
Ruptura espontánea de simetríaRuptura espontánea de simetría
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M i d HiM i d Higg
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A B 0
0
Mecanismo de HiggsMecanismo de Higgs Da masa albosón mediador
(“fotón”)
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M i d HiggMecanismo de Higgs
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A B 0
0
Mecanismo de HiggsMecanismo de Higgs Partícula conmasa ( Higgs )
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→ .. Esp Rupt ED EM
Glashow SalamWeinberg
1960s
EDEDSimetría Electrodébil:SU(2)xU(1)
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→ .. Esp Rupt
ED EM
En el proceso 3 partículas mediadoras:W + , W– , Z
(Descubiertas en el
CERN en 1983)
Y una partícula mediadora:
adquieren masa
(fotón)
queda sin masaAlberto Casas, Instituto de Física Teórica, IFT-CSIC/UAM, Madrid
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A B 0
0
Partícula conmasa ( Higgs )
Si la teoría es correcta debería existir unbosón de Higgs con masa
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Esta es la única predicción importante delModelo Estándar aún sin verificar
Pero es una predicción crucial
Producir un bosón de Higgs es equivalente a“sacar al vacío de su sitio” (por un instante
diminuto)
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El Higgs es también necesario para dar masa
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El Higgs es también necesario para dar masa
al resto de las partículas elementales.
Interacción con elcampo de Higgs
Fricción con unlíquido viscoso≡
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Bosón de Higgs Ondas en el
líquido viscoso≡
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Pero si el Mod. Est.Pero si el Mod. Est.funciona tan bien,funciona tan bien,
¿Por qué ir más allá?¿Por qué ir más allá?
Qué hay de malo conQué hay de malo con
el Mod. Est.?el Mod. Est.?
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...Continuará en...Continuará en
parte 2...parte 2...
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