A Tabela Periódica
das Partículas Elementares
Breve histórico das partículas
O Spin e Isospin em SU(2)
Os quarks em SU(3)
O modelo padrão
Os hádrons exóticos
Regras de Soma da QCD
Links (Referências)
Rômulo Rodrigues
UAF-UFCG
V Encontro Regional de Educação em Ciências e Tecnologia do CCT/UEPB
23 de outubro de 2008
A Escala das Partículas
o
1A
próton
mediadores
nêutron
Pi,K,w,sigmas,etc..
1fm
1fm=10^(-13)cm
Núcleo
elétron
Átomo
10^(-16)cm
nêutron
próton
Núcleo atômico
nano robô 10^(-7)cm
fio de cabelo 10^(-3)cm
Breve histórico das Partículas Elementares
0
Dalton (1808)
0,5 MeV – massa do elétron
6,5 MeV Rutherford (1913), Chadwick (1932),
Energia
Anderson (1932),…
o núcleo, n, e^+,…
200MeV Lattes et al. (1947), Salmeron et al. (1950),
7 TeV
Alvarez et al. (1961), Bogdan et al. (1961),
Kraemer et al. (1961), Schlein et al. (1963), ...
3 Pi’s, 4 K’s, K’s*,rho, w, eta-0,phi-0, ...
Mais de 40 partículas medidas em 1960 !!
Uma infinidade de partículas !!
(2009-LHC)
?
Massa (GeV)
Partículas Medidas até 1960
?
Hádrons
Mais de 20 partículas medidas na época !!
O Grande Colisor de Hádrons (LHC)
O que se espera de uma colisão no LHC ?
animação da colisão pp no RHIC
mais vídeos
O que se espera de uma colisão no LHC ?
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O que se espera de uma colisão no LHC ?
Uma produção de uma infinidade de partículas “elementares”:
n, p, p^-, e+, e-, pi’s, K’s, fótons, etc...
O que se espera de uma colisão no LHC ?
Breve história do Spin do Elétron
|elétron>=1/sqrt(2)(|+> +|->)
Experimento de Stern-Gerlach
|+>, |-> são os dois únicos
estados acessíveis ao
elétron (Multipleto de Spin
½ !!)
Pois existe um operador U
que leva a bases
equivalentes:
U|+>=|+’>; U|->=|-’>
Simetria SU(2)
A simetria de SU(2) nos garante que:
<+’|-’>=<+|->
SU(2) = a1+ bsig_1+ csig_2+ dsig_3
Uma operação curiosa de SU(2):
U{+}|->=|+>, U{-}|+>=|->
U{+}|+>=0, U{-}|->=0
Isospin
A Força Forte é simétrica para prótons e nêutrons
próton
mediadores
nêutron
Mn=Mp=
938MeV
|Nucleon> = 1/sqrt(2)(|p>+|n>)
Dubleto de SU(2) !!
Álgebra de Isospin (ou SU(2))
I{-}|p>=|n>
I{+}|n>=|p>
I{+}|p>=I{-}|n>=0
|n>
I{+}
|p>
I{-}
I{3}|p>=1/2|p>
I{3}|n>=-1/2|n>
I^2|p>=¾|p>
I^2|n>=¾|n>
I{+}=I{1} + iI{2}
I{-}=I{1} - iI{2}
Observável de carga !!
+ Regras de comutação !!
+ Regras de anti-comutação !!
Casimir do Grupo (define o multipleto)
Moléculas Hadrônicas SU(2)(X)SU(2)=3(+)1
|n>|n>
1/sqrt(2)(|p>|n>+ |n>|p>)
I{+}
I{+}
|p>|p>
S=0
I=1
I{-}
I{-}
U=???
U{anti}
S= 0 ,1
I=0
1/sqrt(2)(|p>|n> - |n>|p>)
Quebra de Simetria de Isospin !!
singleto de Spin 0 ou 1
+ tripleto de Spin 0
+ Regras de comutação permanecem invariantes !!
+ Regras de anti-comutação perdem a invariança !!
Adimitindo L=0 !!
Multipleto de Paridade positiva
O Dêuteron I(J^P)=0(1+)
As outras partículas poderiam ser:
?
1(0+) = a{0}(1450)
?
0(0+) = f0(1500)
Modelo de Shoichi Sakata (1956)
Exercício Interessante: Como eu posso
entender o trítium?
I(JP)=1/2(1/2+)
d(1873)
SU(3) de sabor ( Os quarks !!)
Gell-Mann 1961
|d>
I{8}|u>=1/2|u>
I{8}|d>=1/2|d>
I{8}|s>=-2/3|s>
I{-}
V{-}
I{3}|u>=1/2|u>
I{3}|d>=-1/2|d>
I^2|u>=¾|u>
I^2|d>=¾|d>
|u>
I{+}
W{+}
V{+}
W{-}
Observável de
estranheza !!
|s>
Observável de carga !!
+ Regras de comutação !!
+ Regras de anti-comutação !!
Casimir do Grupo (define o multipleto)
3
I{8}
Mésons SU(3)(X)SU(3)=8+1
3
X
I{3}
=
8
1
|s>
3
Temos 9 partículas !!
8
360MeV
Quem são esses 9 Mésons ?
1
η(549)
Simetria bem quebrada !!
Bárions SU(3)(X)SU(3)(X)SU(3)=10+8+8+1
3
=
10
decupleto
Bárions SU(3)(X)SU(3)(X)SU(3)=10+8+8+1
3
=
8
octeto
Bárions SU(3)(X)SU(3)(X)SU(3)=10+8+8+1
3
=
8
1
Quem são esses 18 Bárions ?
10
S=1/2
8
S=1/2
A Cor !!
150MeV
S=1/2
S=1/2
8
1
S=3/2
S=1/2
???
Medido 3 anos
depois da predição
de Gell-Mann !!
(Barnes, PRL 12 204)
(1964)
S=1/2
ms (aprox=)100MeV (PDG-2008)
S=3/2
-
Descoberta da Ω(1672)
Extensão do Modelo de Gell-Mann
para os novos quarks
(u) 1961
(d) 1961
(c) 1974
(s) 1961
(t) 1995
(b) 1977
SU(4)
A COR
Modelo Padrão
SU(3)(X)SU(2)(X)U(1)
Higgs
S=0
M>100GeV
Criação de um par
elétron-pósitron
E=mc2
(Link) Prof. Carlos Aguiar
E a lei da consevação da
massa de Lavoisier ?
Alguma coisa nova na física hadrônica
2003
+ (1540)
X (3872)
DsJ(2317)
DsJ(2460)
2004
c (3099)
2005
Y(4260)
2007
Z(4430)
2008
Z1(4051), Z2(4248)
Pentaquarks
Tetraquarks
Breve história da +(1540)
D. Diakonov et al., Z. Phys.-1997
12
C
LEPS Coll., PRL-2003
CLAS Coll., PRD-2006
Descoberta das DsJ(2317) e DsJ(2460) em 2003
tetraquarks?
Exótico
Teórico modelo de quarks
?DsJ(2460)
Exótico
1+
BABAR Coll., PRL-2003
PRD-2004
+
Descoberta da Z (4430) em 2007
Belle Coll., PRL-2008
A Força Forte (QCD)
Método Não-Perturbativo da QCD:
As Regras de Soma da QCD
Lado da QCD
(os hádrons vistos
em termos de quarks)
Lado hadrônico
da função de Green
=
Artigos Publicados Coll. UFCG-IFUSP
2007
DsJ(2460), PRD 2007
2009
Z(4430), PLB 2009
Quais são os tijolos básicos da matéria ?
Período = prótons (número atômico)
Período = quarks !!
Gell-Mann 1961
Obrigado !!
Links e Referências
Agradeço também a ajuda da Wikipédia
Artigo da RBEF em 2007 de Cristiane Oldoni da Silva; Paulo Laerte Natti,
“Modelo de quarks e sistemas multiquarks”
Física de Hádrons com a Profa. Marina Nielsen
História das Partículas com o Prof. Bassalo (link2)
Cursos do SPRACE de altas energias
Curso de Teoria de Grupos com o Prof. João Barata (excelente !)
Dos Raios-X aos Quarks por Emilio Segrè
Cursos de Partículas do IST-Portugal
Artigo do PIBIC-2007 do Aluno Pablo Wagner
da UFCG sobre os Pentaquarks
Hádrons Exóticos com o Prof. Rômulo (um pouco técnico !)
Painel da Regra de Soma da Z(4430) (muito técnico !)