FÍSICA DE PARTÍCULAS: Motivações teóricas e fenomenológicas para uma física nova

1. FÍSICA DE PARTÍCULAS:Motivações teóricas e fenomenológicas para uma física nova Prof. Dr. Carlos Pires GRUPO DE FÍSICA DE E COSMOLOGIA DAS PARTÍCULASELEMENTARES.DEPARTAMENTO DE FÍSICA DA UFPB Seminário apresentado na Unidade Acadêmica de Física da UFCG

2. DO QUE O MUNDO É FEITO? PRÓTON NÊUTRON ÁTOMO ATUAL QUARK DOWN QUARK UP

3. A SITUAÇÃO PRESENTE OBS: PARA CADA PARTÍCULA EXISTE A SUA ANTI-PARTÍCULA

4. O QUE MANTÉM AS COISAS UNIDAS?(INTERAÇÕES FUNDAMENTAIS DA NATUREZA) GRAVIDADE ELETROMAGNÉTICA FORTE FRACA

5. INTERAÇÕES FUNDAMENTAIS DA NATUREZA MAGNETISMO ELETRICIDADE RESPONSÁVEL PELO DECAIMENTO RESPONSÁVEL PELA ESTABILIDADE DO NÚCLEO ATÔMICO GRAVIDADE

6. AS INTERAÇÕES SÃO MEDIADASPOR PARTÍCULAS ESPECIAIS

7. 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

8. 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

9. 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

10. Lagrangeana do modelo

11. 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

12. PREDIÇÕES DO MODELO • 03 bósons de gauge como intermediadores da força fraca. • Um bóson escalar, Higgs, com massa de centenas de GeV.

13. 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

15. Motivações para uma física nova em física de partículas • Experimentais: • Neutrinos têm massa e oscilam. • Ocilação:Fenômeno puramentequântico:

16. Neutrinos solares

18. Fluxo • O sol produz neutrinos eletrônicos numa determinada taxa. • Detectado na terra um terço do esperado(Superkamiokande) • Conclusão:

19. Neutrinos atmosféricos Conclusão:

20. Neutrinos atmosféricos • Déficit na taxa de detecção de neutrinos na terra(KAMIOKANDE) • Conclusão:

21. RESUMO DOS DADOS EXPERIMENTAIS

22. DESAFIO: • Massa do neutrino mais pesado: • Massa do elétron: • Explicar a pequenez das massas dos neutrinos

23. Matéria escura: rotação de galáxias

24. Dados Experimentais

25. 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.

26. 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

27. Problema da assimetria matéria-antimatéria Onde , Medidas atuais

28. 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.

29. Problemas estruturais • Problema da hierarquia: com relacão a massa do Higgs, contribuicões de segunda ordem são superiores as contribuicões de primeira ordem.

30. Problema da hierarquia

31. 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

32. 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.

33. 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

34. 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) ……

35. 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