FÍSICA DE PARTÍCULAS:
Motivações teóricas e fenomenológicas para uma física nova
Prof. Dr. Carlos Pires
GRUPO DE FÍSICA DE E COSMOLOGIA DAS PARTÍCULAS
ELEMENTARES.
DEPARTAMENTO DE FÍSICA DA UFPB
Seminário apresentado na Unidade Acadêmica de Física
da UFCG
DO QUE O MUNDO É FEITO?
PRÓTON
NÊUTRON
ÁTOMO ATUAL
QUARK
UP
QUARK
DOWN
A SITUAÇÃO PRESENTE
OBS: PARA CADA PARTÍCULA EXISTE A SUA ANTI-PARTÍCULA
O QUE MANTÉM AS COISAS UNIDAS?
(INTERAÇÕES FUNDAMENTAIS DA NATUREZA)
GRAVIDADE
ELETROMAGNÉTICA
FORTE
FRACA
INTERAÇÕES FUNDAMENTAIS DA NATUREZA
MAGNETISMO
ELETRICIDADE
RESPONSÁVEL PELO DECAIMENTO
GRAVIDADE
RESPONSÁVEL PELA ESTABILIDADE
DO NÚCLEO ATÔMICO
AS INTERAÇÕES SÃO MEDIADAS
POR PARTÍCULAS ESPECIAIS
PROPRIEDADES DAS PARTÍCULAS
PREVISTAS TEORICAMENTE PELO MODELO
MATEMÁTICO:
“ MODELO PADRÃO DAS INTERACÕES
ELETROMAGNÉTICA, FRACA E FORTE ”.
EXPLICACÕES DAS PROPRIEDADES DESSAS
PARTÍCULAS PELO MODELO PADRÃO ESTÃO
CONDICIONADAS A EXISTÊNCIA DE UMA PARTÍCULA
HIPOTÉTICA CHAMADA
BÓSON DE HIGGS, OU A PARTÍCULA DE DEUS
BÓSON DE HIGGS:
DARÁ SENTIDO A TUDO QUE CONHECEMOS
ATÉ AGORA A RESPEITO DA ESTRUTURA DA
MATÉRIA E DA EVOLUCÃO DO UNIVERSO
É RESPONSÁVEL PELA ORIGEM DA MASSA
PRINCIPAL OBJETIVO DO GRANDE COLISOR DE HÁDRONS:
DETECTAR ESSA PARTÍCULA
1000.000m
Átomo /1.000.000
Átomo/100.000.000
1mm/10.000
10cm
1mm
Átomo /1.000.000
Átomo/100.000
Átomo/100.000.000
O que é o modelo padrão?
• Teoria quântica de campos( Teoria de campos+ mecânica quântica
+ relatividade especial) associada a teoria de gauge.
• Tudo isso expresso no formalismo lagrangeano.
• Simetria do modelo:SU(3)xSU(2)xU(1)
• Qualquer processo é calculado usando o método da matriz S
Lagrangeana do modelo
CONSTRUÇÃO DO MODELO:
Postula-se o conteúdo de
matéria
SU(3)xSU(2)xU(1)
E o grupo de simetria
Como consequência
A teoria prediz as interacões
PREDIÇÕES DO MODELO
• 03 bósons de gauge como intermediadores da força
fraca.
• Um bóson escalar, Higgs, com massa de centenas de
GeV.
SUCESSO DO MODELO
• Os 03 bósons de gauge foram detectados
no LEP I
• Acomoda as propriedades dos férmions e
das interações eletrofraca.
• O modelo padrão é atualmente a mais
sofisticada teoria matemática sobre a
natureza
Motivações para uma física nova em física de
partículas
• Experimentais:
• Neutrinos têm massa e oscilam.
• Ocilação:Fenômeno puramente quântico:
Neutrinos solares
Fluxo
• O sol produz neutrinos eletrônicos numa
determinada taxa.
• Detectado na terra um terço do
esperado(Superkamiokande)
• Conclusão:
Neutrinos atmosféricos
Conclusão:
Neutrinos atmosféricos
• Déficit na taxa de detecção de neutrinos
na terra(KAMIOKANDE)
• Conclusão:
RESUMO DOS DADOS
EXPERIMENTAIS
DESAFIO:
• Massa do neutrino mais pesado:
• Massa do elétron:
• Explicar a pequenez das massas dos
neutrinos
Matéria escura: rotação de galáxias
Dados Experimentais
O problema da matéria escura
• Uma partículas, ou várias, com as seguintes
propriedades:
• Eletricamente neutra.
• Estável, ou com uma vida média superior ou da idade
do universo.
• Não emite luz(não interage com fóton).
• As demais interacões devem fornecer uma abundância
em torno de 20% da matéria do universo.
• O modelo padrão não dispõe de um candidato que
apresente essas propriedades.
Problema da assimetria matéria-antimatéria
• O universo é composto de matéria( elétrons, prótons,
nêutrons….)
• O modelo padrão prevê que matéria e antimatéria
existam na mesma proporcão. Em termos tecnicos,
matéria e antimatéria são produzidas aos pares.
• Só detectamos antimatéria em raios cósmicos na
proporcão
Problema da assimetria matéria-antimatéria
Onde ,
Medidas atuais
Condicões de Sakharov para a bariogênesis
• Violacão do número bariônico.
• Perda do equilíbrio térmico
• Violacão de C e CP.
• O que diz o modelo padrão?
• Não permite nem a primeira nem a segunda.
• Acomoda a terceira, mas com pouca intensidade.
Problemas estruturais
• Problema da hierarquia: com relacão a massa do Higgs,
contribuicões de segunda ordem são superiores as
contribuicões de primeira ordem.
Problema da hierarquia
Problema da hierarquia
• M é uma escala de energia muito grande. O seu valor
natural seria a constante de Planck.
• Para efeito de ilustração, o vácuo do modelo padrão é
de:
•
E a constante de Planck é da ordem de
Problema da hierarquia
•
Para o modelo padrão ser consistente
matematicamente, o Higgs deveria ter uma massa da
ordem da constante de Planck.
• Os experimentos prevêem que a massa do Higgs deve
estar entre 114 até 300 GeV.
• Considerado o problema mais sério do modelo padrão.
O problema da replicacão das geracões
• No modelo padrão, as geracões de partículas podem se
replicam indefinidamente.
• Entretanto, sabemos que
só existem três gerações:
• O modelo acomodar
várias, por que
só temos 3
Demais problemas
•
•
•
•
Preferência pela quiralidade esquerda.
Quantizacão da carga elétrica.
Qual a origem das partículas.
Porque o grupo de simetria é
:SU(3)xSU(2)xU(1) ……
Conclusões
• Física das partículas é uma área da fronteira do
conhecimento com problemas reais esperando
soluções.
• É uma das áreas mais ativas da física com uma média
de 20 artigos científicos sendo submetidos a publicacão
diariamente.
• O mais excitante:
• o LHC sondará energias aonde o modelo padrão viola
unitariedade. Logo, seja lá qual for o resultado, teremos
física nova nos próximos anos.
• É esperar pra ver.
• Boa sorte para nós!!!!!!!!
• OBRIGADO