Física de Partículas. Curso para profesores de Bachillerato. Jesús Puerta Pelayo CIEMAT- Madrid Enero/Febrero 2015

Transcripción

1 Física de Partículas Curso para profesores de Bachillerato Jesús Puerta Pelayo CIEMAT- Madrid Enero/Febrero 2015

2 Física de partículas Motivación Asumiendo que la naturaleza está compuesta por bloques fundamentales ( indivisibles?), esta ciencia estudia dichos bloques y sus interacciones Premisas Audiencia: profesores de ciencias, interesados, conocedores del CERN Visión global del campo en sus distintos aspectos, pero focalizado en un experimento (CMS) Perspectiva histórica / Diseño y construcción del experimento / Análisis de datos / Qué se ha hecho y qué se piensa hacer. Muchos aspectos a cubrir. Nivel de detalle variable. Aproximación «pedagógica».

3 Estructura del curso Sesión 1 (15/Enero/2015) EL MODELO ESTÁNDAR, INTRODUCCIÓN HISTÓRICA Conceptos básicos Desarrollo histórico del ME Presente & futuro Sesión 2 (22/Enero/2015) INSTRUMENTACIÓN Aceleradores LHC Detectores CMS Medidas en CMS Sesión 3 (10/Marzo/2015) ANÁLISIS DE DATOS Fundamentos Ejemplo Sesión 4 (24/Marzo/2015) RESULTADOS DE CMS & FUTURO Resultados de CMS Incógnitas Teorías más allá del ME Futuros aceleradores

4 Sesión 1

5 1.1. Conceptos básicos

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10 1.2. Historia del Modelo Estándar

11 Los comienzos Concepto de partícula El concepto de partícula como cuanto infinitesimal de la materia fue propuesto por primera vez en la antigua Grecia (Demócrito). Elementos básicos (Agua, Aire, Fuego, Tierra) Unidad básica a mediados del siglo XIX: el átomo Química en desarrollo, y se comenzaban a clasificar los distintos elementos conocidos. Se identificaban los distintos elementos químicos como compuestos por diferentes tipos de átomos. Las características de dichos átomos (número atómico, masa ) eran ya conocidas. Los átomos se distinguen entre sí por su número atómico (carga), pero no existía explicación de la razón de esta diferencia, ni propuestas sobre su estructura interna (la razón de estas diferentes cargas) El estudio de estas diferencias llevó al establecimiento de la TABLA PERIÓDICA La Física de Partículas moderna nació con el descubrimiento del electrón: La era clásica: Periodo intermedio: El Modelo Estándar: 1960-

12 El Descubrimiento del electrón J. J. Thomson El álbum de familia En aquella época se conocían tres tipos distintos de radiación (emisión de algún tipo de energía) Alpha (Núcleos de He) Beta («Rayos catódicos») Gamma (Radiación electromagnética) Thomson investigó la naturaleza de esos rayos «catódicos»:

13 El experimento de Thomson Thomson hizo pasar un haz de estos «rayos catódicos» emitidos por un filamento incandescente a través de unos campos eléctricos y magnéticos. El campo magnético curvaba los «rayos», de lo que se deducía que eran entidades con carga negativa. Midiendo su velocidad y su razón carga/masa, vio que este valor era mucho más alto que el de cualquier ion conocido, lo que indicaba una masa mucho menor. CONCLUSIÓN: Nuevas partículas, mucho más ligeras, con carga negativa: ELECTRONES

14 El Descubrimiento del electrón J. J. Thomson El álbum de familia En aquella época se conocían tres tipos distintos de radiación (emisión de algún tipo de energía) Alpha (Núcleos de He) Beta («Rayos catódicos») Gamma (Radiación electromagnética) Thomson investigó la naturaleza de esos rayos «catódicos»: Gracias a su experimento, dedujo (acertadamente) que estas nuevas partículas negativas eran componentes fundamentales de los átomos. Para compensar la carga, propuso como modelo atómico una especie de «esponja» de carga positiva en la que los electrones se incrustaban. "We have in the cathode rays, matter in a new state, a state in which the subdivision of matter is carried very much farther than in the ordinary gaseous state; a state in which all matter is of one and the same kind; this matter being the substance from which all the chemical elements are made up."

15 Completando el átomo Bohr Rutherford Chadwick El álbum de familia 1911: El experimento de Rutherford pronto descartó el modelo atómico de Thomson.

16 El experimento de Rutherford 1911 Ruterford bombardeó una lámina de oro con un haz de partículas α, y observó el espectro de dispersión para visualizar la estructura de la materia atravesada. Átomos como los propuestos por Thomson (un volumen de carga difuso) habrían deflectado todas las partículas ligeramente. Sin embargo, se observó que la mayoría de partículas atravesaban la lámina sin desviarse, y sólo unas pocas eran fuertemente desviadas de su trayectoria. TODA LA MATERIA Y CARGA DEL ÁTOMO ESTÁ CONCENTRADA EN MINÚSCULAS «ESFERAS» Descubrimiento del núcleo atómico.

17 Completando el átomo Bohr Rutherford Chadwick El álbum de familia 1911: El experimento de Rutherford pronto descartó el modelo atómico de Thomson. Con él, concluyó que toda la masa y carga positiva del átomo estaba concentrada en su centro, estando el resto del átomo (prácticamente) vacío, dando así lugar al descubrimiento del núcleo. p n Llamó «protón» al núcleo del elemento más ligero (H) 1914: Bohr propuso su modelo atómico «planetario», que sin embargo no conseguía explicar las masas de los elementos más pesados. 1932: Chadwick descubrió el neutrón Estos descubrimientos, junto con el desarrollo de la mecánica cuántica, finalmente consiguieron explicar la estructura subyacente en la Tabla Periódica.

18 Qué pasa con la luz? Planck Einstein Compton El álbum de familia El modelo corpuscular de la luz no era nada nuevo (Newton), pero había sido ignorado prácticamente durante todo el siglo XIX a favor de un modelo ondulatorio. 1900: El problema del espectro de emisión del cuerpo negro (Un objeto caliente emitiría en forma de radiación EM una cantidad de energía «infinita» si solo fuese ondulatoria) fue solucionado por Planck al proponer la cuantización de la radiación EM en este proceso. 1905: Einstein fue un paso más allá, argumentando que la cuantización procedía del propio campo EM, explicando de este modo el efecto fotoeléctrico. p n

19 Efecto fotoeléctrico Cuando la radiación EM impacta sobre una superficie metálica, hace que algunos electrones salgan despedidos. La energía máxima de los electrones emitidos depende de la frecuencia de la luz incidente Lo más sorprendente era que esta energía fuese totalmente independiente de la cantidad de luz incidente. Este hecho demostraba que la interacción se realizaba de modo similar a lo que haría una partícula transmitiendo toda su energía a un electrón.

20 Qué pasa con la luz? Planck Einstein Compton 1923: El experimento de Compton proporcionó la confirmación necesaria al modelo corpuscular. La dispersión de la luz se comporta como la dispersión relativista de un modelo de dos cuerpos. El cuanto de luz se denominó «fotón». El álbum de familia γ p n Esto supuso un cambio en la forma de ver los campos de interacción. Las interacciones se pueden ver pues como el intercambio de partículas mensajeras que transportan la información de «atracción» o «repulsión». Este efecto no es apreciable en el mundo macroscópico debido al tamaño del cuanto. Es como una carretera asfaltada. Si el grano es muy pequeño, no lo notamos.

21 Los Primeros Mesones Yukawa Powell Un problema que este modelo «clásico» no podía responder era cómo explicar la estabilidad del núcleo. Debería deberse a una fuerza muy poderosa (más que el EM) pero de muy corto alcance (no la sentimos). 1934: Yukawa propuso la primera teoría sobre esta interacción. Propuso un campo «fuerte» en el cual los p y n se sintiesen atraídos. Para explicar el rango tan corto, la partícula mediadora debería ser muy pesada. Según sus cálculos, debería tener una masa ~300 veces la del electrón. Llamó «MESÓN» a esta hipotética partícula (peso medio) 1937: Experimentos con rayos cósmicos observaron partículas en este rango de masas. Sin embargo, las propiedades no eran las esperadas (vida más larga, más ligeras de lo predicho, y sobre todo, interaccionaban débilmente con los núcleos) 1947: Powell et al descubrieron en realidad 2 tipos distintos de «mesones» en rayos cósmicos. Uno fue llamado «muon» y otro «pion». El pion fue identificado entonces como el «verdadero» meson de Yukawa, mientras que el muon se asemejaba más a una versión pesada del electrón. El álbum de familia μ p π n γ

22 Descubrimiento del pion (1947) Fotografías de emulsión: placas fotográficas en montañas π μ?

23 Antipartículas? Dirac Las primeras formulaciones de la Teoría Cuántica de Campos sacaron a la luz el problema de Dirac. En la ecuación de movimiento de los electrones, matemáticamente existen dos soluciones, una con energía positiva y otra con energía «negativa». Anderson El álbum de familia μ - p + π n γ 1927: Dirac hizo un postulado artificial: los estados negativos se encuentran llenos por un «mar» infinito de electrones que no podemos sentir. Un hipotético «hueco» en ese mar se manifestaría como una partícula con la misma masa y carga que un electrón (y energía negativa). 1930: Dicha partícula (un gemelo positivo del electrón) fue observada por primera vez por Anderson.

24 El primer positrón Una de las primeras trazas de positrones observadas por Anderson en Cámara de niebla en presencia de un campo magnético (para curvar las trayectorias de las partículas cargadas) A partir de la dirección de curvatura con respecto a B, se deduce que la partícula es de carga positiva. El largo rango recorrido por la partícula indica que es un positrón y no un protón (que habría sido frenado en una distancia mucho más corta). Premio Nobel para Anderson en 1936

25 Antipartículas! Las primeras formulaciones de la Teoría Cuántica de Campos sacaron a la luz el problema de Dirac. En la ecuación de movimiento de los electrones, matemáticamente existen dos soluciones, una con energía positiva y otra con energía «negativa». 1927: Dirac hizo un postulado artificial: los estados negativos se encuentran llenos por un «mar» infinito de electrones que no podemos sentir. Un hipotético «hueco» en ese mar se manifestaría como una partícula con la misma masa y carga opuesta de un electrón. 1930: Dicha partícula (un gemelo positivo del electrón) fue observada por primera vez por Anderson. 1940: Feynmann/Stuckelberg reformularon la teoría. En vez de un mar de electrones con energías negativas, se interpretó como estados de energía positivos de una partícula distinta, el POSITRÓN. Profundas implicaciones: PARA CADA PARTÍCULA EXISTE UNA PARTÍCULA GEMELA DE CARGA OPUESTA. La unión entre QM y Relatividad especial (QFT) se deriva en esta agradable simetría, pero nos deja la inquietante duda sobre por qué no hay antimateria en el Universo Dirac Anderson El álbum de familia μ - p + n El álbum de la antifamilia p - n π e + γ

26 Neutrinos, las partículas fantasma Otro problema añadido en las observaciones. En las desintegraciones nucleares, se observaba una cierta cantidad de energía perdida: Pauli El álbum de familia ν μ - π γ A B + e La energía del electrón resultante no era constante. Se parecía más bien al espectro de energía de una interacción de 3 cuerpos Las desintegraciones de piones a muones sufrían un efecto parecido: π μ + Pauli sugirió la existencia de una partícula neutra «fantasma» indetectable, llevándose parte de la energía de la reacción. Dicha partícula debería ser extremadamente ligera. La llamó NEUTRINO. No pudo ser observada directamente hasta los años 50. p + n

27 El experimento de Cowan Reines La detección de neutrinos es extremadamente difícil por su débil interacción con la materia. Reines (izda) y Cowan (Hanford, Washington) Reactor nuclear como fuente de neutrinos (flujo de neutrinos por segundo por cm2) Los neutrinos interaccionaban con protones dentro de un enorme tanque de agua, creando neutrones y positrones. Cada positrón posteriormente se desintegra en un par de fotones al aniquilarse con un electrón. ν + p + n + e + En realidad, estos son ANTINEUTRINOS, como veremos

28 Neutrinos, las partículas fantasma En realidad, de acuerdo con el espectro de energía, se vio que la desintegración del pion era del tipo: π e + 3ν Pauli El álbum de familia ν μ - π γ Otra duda: puesto que los neutrinos son neutros, son ellos mismos su propia antipartícula? Para ello se buscó la reacción: ν + n p + + e p + n pero no se observó. Se estableció pues que neutrino y antineutrino eran partículas diferentes. Se introdujo un nuevo «número cuántico» para determinar qué reacciones eran posibles o no: EL NÚMERO LEPTÓNICO (L=1 partículas, L=-1 antipartículas). Este número ha de conservarse en toda reacción. π e + 3ν π + μ + + ν e + + ν + ν + ν ν + p + n + e + SI ν + n p + + e SI NO

29 Neutrinos tienen «sabor» Una última vuelta de tuerca a la historia de los neutrinos. La reacción: μ + e + + γ Pauli El álbum de familia ν e μ - ν µ π γ nunca se observó. «If not forbidden, it is mandatory» Esto condujo a la introducción de un NÚMERO CUÁNTICO MUÓNICO que había de ser conservado. De hecho, se observaron dos tipos de neutrinos, el MUÓNICO y el ANTINEUTRINO ELECTRÓNICO (Muon / Neutrino muon = 1, antimuon, antineutrino muon = -1) p + n μ e + ν μ + ν e π + μ + + ν μ e + + ν μ + ν e + ν μ La famila de los leptones crecía así hasta los 8 miembros

30 PARtICULAS ExtraNas: UN ZOO NUEVO Todo parecía encajar Cada partícula tenía su razón de ser dentro del puzzle, excepto quizá el muon («Who ordered this?») Experimentos con rayos cósmicos en cámaras de burbujas comenzaron a observar varias nuevas partículas. Algunas más ligeras, como «piones pesados» (K s, rho, phi ) (MESONES, media masa) Algunas más pesadas que el protón (Lambdas, Deltas, Sigmas ) (BARIONES, del griego «pesado») El álbum de familia ν e μ - ν µ K 0 K- K + p + π n γ Todos estos nuevos bariones y mesones surgieron de forma sorprendente, por lo que fueron llamadas partículas EXTRAÑAS. Más adelante con los primeros aceleradores, la familia se convirtió en todo un zoo de nuevas partículas. Llegaba el momento de buscar una clasificación. Σ Δ Ω Λ Ξ

31 Las primeras partículas extrañas: La detección del kaón

32 p + La estabilidad del protón Por qué no se desintegra el protón? Por ejemplo: p + e + + γ Para explicar la ausencia de esta reacción se introdujo un nuevo número cuántico: el NÚMERO BARIÓNICO (A=1 para bariones pesados, o -1 para sus antipartículas). El número bariónico ha de conservarse en reacciones n p + + e + ν e n p + e + + ν e YES NO El protón, como él barión más ligero, no puede desintegrarse en ninguna partícula menos pesada. Por eso es estable.

33 EXTRANeza Otra razón de peso para llamar extrañas a estas partículas era su mecanismo de producción: Se producían muy rápidamente (10-23 s) Su desintegración es comparativamente mucho más lenta (10-10 s) Indicios de que los mecanismos de producción y desintegración eran completamente distintos SPOILER ALERT!! Se producen mediante la interacción FUERTE Se desintegran a través de la interacción DÉBIL La EXTRAÑEZA se introdujo como un nuevo número cuántico conservado en interacciones fuertes, pero NO en las débiles. Esta hipótesis fue confirmada. Aunque parezca arbitrario, existe una razón fundamental tras ello Finalmente, con ayuda de estas nuevas propiedades / números cuánticos, es posible intentar una clasificación.

34 CLASIFICANDO EL ZOO Los mesones y bariones mas ligeros se agrupan en patrones (octetes/decupletes) Además existen decupletes de antibariones (no hay octetes de antimesones octets, los antimesones están en el vértice opuesto) Mas «supermultipletes» con partículas más pesadas MESONES El álbum de familia ν e μ - ν µ K 0 K- K + π γ p + n BARIONES Ω - predicha por Gell-Mann antes de ser observada Σ Δ Ω Λ Ξ???

35 EL MODELO DE QUARKS Gell-Mann & Zweig introdujeron el modelo de quarks u d s Q=⅔, S=0 Q=-⅓, S=0 Q=-⅓, S=-1 d s Q=-⅔, S=0 Q=⅓, S=0 Q=⅓, S=1 Bariones = 3 quarks. Antibariones = 3 antiquarks. Mesones = quark + antiquark u u d s El álbum de familia ν e μ - ν µ γ p u u d Q=1, S=0 Ω - s s s Q=-1, S=-3 n d d u Q=0, S=0 π 0 π + u u u d Q=0, S=0 Q=1, S=0 K 0 s d Q=0, S=-1

36 LOS QUarks Tienen COLOR La estructura de los quarks fue estudiada a finales de los 60 en el SLAC usando electrones de alta energía y observando su dispersión en protones (parecido al experimento de Rutherford) -> Deep inelastic scattering u d s El álbum de familia ν e μ - ν µ g γ Al igual que observó Rutherford, la mayoría de electrones atravesaban sin desviarse. Y sólo algunos de ellos era fuertemente desviados. Además, el patrón de dispersión evidenció la existencia de 3 «concentraciones» de carga dentro del protón. El modelo de quarks, a pesar de su elegancia, presenta un imporante defecto: por qué no observamos quarks aislados? Se introdujo el concepto de CONFINAMIENTO

37 LOS QUarks Tienen COLOR Tener 3 fermiones en un nucleon (p/n) violaba el principio de exclusión de Pauli. Dos partículas idénticas de spin semientero no pueden ocupar el mismo estado cuántico. Esto indicaba la existencia de otro número cuántico oculto: COLOR TODAS LAS PARTÍCULAS NATURALES SON NEUTRAS EN COLOR. Por ello solo pueden existir estados que contengan q-antiq o qqq (or antiq x 3) Se introdujo el GLUON como partícula mediadora de esta interacción de color que responsable de mantener unidas las particulas compuestas por quarks o HADRONES. Esta es la INTERACCIÓN FUERTE. Las fuerzas nucleares son un efecto nuclear de la fuerza fuerte que mantiene unidos p/n, que se mantienen unidos mediante el intercambio de piones neutros (Yukawa tenía razón). El álbum de familia u d s ν e μ - ν µ g γ

38 MAS Quarks En 1974 el mesón J/psi fue descubierto simultáneamente en SLAC y Brookhaven, que suponían un considerable aumento de energía. Es un mesón extraordinariamente pesado (3x masa protón), y con una vida media más larga de lo esperado (10-20 s, 1000 más que la predicción de s) Se interpretó como el estado ligado de un nuevo quark (charm), predicho pero nunca observado. Muy pronto, nuevos bariones y mesones con «encanto» comenzaron a observarse. 2 Generaciones (paralelismo entre leptones y quarks) u d s c El álbum de familia ν e μ - ν µ g γ u d Q=⅔ Q=-⅓ u d Q=-⅔ Q=⅓ C=0, S=0 s Q=-⅓, S=-1 s Q=⅓, S=1 c Q=⅔, C=1 c Q=-⅔, C=-1

39 LA TERCERA GENERACION 1975: Un nuevo leptón es descubierto: TAU. Similar a electrón y muon, pero mucho más pesado y altamente inestable (Su neutrino se descubrió mucho más tarde, 2000, último fermión descubierto) 1977: Nuevo quark (llamado b, bottom). Hadrones B tienen en general tiempos de vida medios superiores a los hadrones C. Se esperaba un 6º quark pero su descubierto tardó mucho en llegar (1995, Fermilab). La razón: su masa es extraordinariamente alta (casi 1500 veces mayor que el b). Es el quark t, TOP Resultados LEP: #neutrinos=3, no se espera una 4ª generación u d s c Q=⅔ Q=-⅓ Q=-⅓ Q=⅔ u d s c Q=-⅔ Q=⅓ Q=⅓ Q=-⅔ τ ν τ u d s c t b El álbum de familia ν e μ - ν µ ν τ τ g γ t Q=⅔ t Q=-⅔ b Q=-⅓ b Q=⅓

40 La FUERZA ELECTRODEBIL Mencionamos antes los procesos de desintegración nuclear: n p + + e + ν e El álbum de familia ν e μ - ν µ ν τ g γ Qué interacción provoca estas reacciones? La partícula intermediaria debía ser muy pesada (la fuerza es débil y de corto alcance) u d τ Glashow, Weinberg y Salam vieron esta interacción como una manifestación distinta del Electromagnetismo (simetría rota), lo que condujo al desarrollo de la TEORÍA ELECTRODÉBIL (primera unificación de fuerzas) Con ayuda de esta teoría EW, fueron capaces de predecir la masa de tres bosones intermediarios, de masas: W ± = 82±2 GeV/c 2 Z = 92 ±2 GeV/c 2 s c t b W Z Poco después, SPPS descubrió los bosones Ws y Z en 1983, con masas: W ± = 81±5 GeV/c 2 Z = 91 ±3 GeV/c 2 Extraordinario triunfo predictivo del ME de Física de Partículas

41 El Problema de la Masa: El campo de Higgs La formulación del ME en principio no podía explicar el mecanismo de ruptura espontánea de simetría electrodébil (explicar las elevadas masas de los bosones W y Z) El álbum de familia ν e μ - ν µ ν τ g γ Para explicar dichas masas se propuso la existencia de un nuevo campo escalar. El acoplo con dicho capo proporciona las masas de los W/Z (así como los fermiones) Propuesto por varios teóricos (Brout / Englert / Higgs / ) en 1964 Las excitaciones de dicho campo se reflejan en la existencia de una partícula, el bosón de Higgs u d s c t τ 2012: ATLAS & CMS (experimentos de LHC) anuncian la observación de bosón ~126 GeV. Datos posteriores confirman que es compatible con el bosón de BEH b W Z 2013 H

42 Leptones Quarks EL MODELO ESTÁNDAR DE LA FÍSICA DE PARTÍCULAS Gen. I II III I II III u c t u c t d s b d s b μ - τ e + μ τ ν e ν µ ν τ ν e ν µ ν τ Interacción Fuerte Electromagnetismo Interacción Débil Portadores de las fuerzas g γ W Z Bosón de Higgs H

43 1.3. Presente & futuro

44 Más allá del ME Sabemos con certeza que el ME es una teoría incompleta Problemas teóricos/ Problemas estéticos/ Problemas fenomenológicos Materia y energía oscuras Masas Jerarquía. Por qué la gravedad es veces más débil que la fuerza débil? Antimateria Gravedad Neutrinos?

45 Resultados recientes en física de neutrinos Los grandes desconocidos 3 familias establecidas, pueden existir más (estériles)? Cuál es su naturaleza: Dirac o Majorana? En el ME los neutrinos NO tienen masa Resultados recientes han mostrado un curioso efecto en los neutrinos: un neutrino puede espontáneamente cambiar de un sabor a otro («oscilar») Estas oscilaciones requieren que los neutrinos tengan masa Sin explicación en contexto ME -> Nuevas teorías (impacto sobre Astrofísica y Cosmología) La medida de los diferentes parámetros de mezcla entre los distintos sabores es fundamental para conocer la verdadera naturaleza de las oscilaciones. En la actualidad existen numerosos experimentos específicos.

46 Leptones Quarks Leptones Quarks Supersimetría (SUSY) El espín es una magnitud intrínseca fundamental de las partículas (momento angular intrínseco). En el ME las partículas de la materia (quarks y leptones) tienen espín ½ (fermiones), mientras que los portadores de interacciones tienen espín entero (bosones) SUSY es una teoría que predice la existencia para cada partícula del ME de una compañera supersimétrica de naturaleza opuesta (fermiones por bosones y vv.) e ẽ ( Recordáis la predicción de Dirac? e- e+?) Existen múltiples modelos diferentes de SUSY, en los que se pueden acomodar distintos escenarios. Algunas propiedades interesantes: Proporciona un marco para la integración de la gravedad Resuelve el problema de la jerarquía. La partícula supersimétrica más ligera podría ser neutra y estable, proporcionando así un candidato a materia oscura. Hasta ahora no se han encontrado evidencias de SUSY en la naturaleza. El rango de energías podría estar a nuestro alcance. Ge n. Ge n. I u d II c s ν μ III t b μ - τ- ν e I u d II c s ν μ ν τ III t b μ - τ- ν e ν τ I u d e + ν e I u d e + ν e II c s μ + ν μ II c s μ + ν μ III t b τ + ν τ III t b τ + ν τ

47 SUPERCUERDAS Otras teorías Subiendo en energía y bajando en dimensiones Primer candidato a «teoría del todo» Predice y exige la existencia de dimensiones espaciales adicionales, «compactificadas» Las partículas se ven reemplazadas por cuerdas unidimensionales. Las diferentes partículas son diferentes estados de las cuerdas (modos de vibración) La escala de energías a la que se encontrarían hace que por el momento no sea posible su verificación experimental directa. Loop quantum gravity: asume la cuantización del propio espacio Dimensiones paralelas

48 Y ahora? Si recordáis, hemos visto dos modos distintos en los que la teoría ha avanzado gracias a la experimentación: Huecos en la teoría fuerzan a buscar soluciones a través del experimento. Resultados «inesperados» mientras se buscaba otra cosa (o nada en particular) Actualmente, seguimos considerando ambas opciones: LHC (búsquedas, estudio de propiedades) Experimentos de neutrinos Búsquedas de materia oscura Experimentos de rayos cósmicos Astropartículas

49 Creación de nuevas partículas Si existen nuevas partículas, necesitamos energía suficiente para crearlas (y estudiarlas) Utilizando la equivalencia entre masa y energía, en LHC: E = γm 0 c 2 siendo Al acelerar una partícula, su masa relativista crece, aproximándose a infinito si v se aproxima a c En un sistema de 2 partículas como un colisionador, la energía accesible en la colisión será 2E A las energías de LHC, m= 8000 m proton Podemos crear partículas 8000 veces más pesadas que el protón!

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51 LHC es nuestra máquina más importante, y principal esperanza para arrojar luz sobre la existencia de nueva física. 2 experimentos multipropósito (buscando «cualquier cosa», CMS & ATLAS) + ALICE + LHCb (Sesión 2, 22/Ene) A día de hoy, la búsqueda/estudio de partículas no consiste en buscar eventos individuales en imágenes. Análisis estadístico y comparación con simulaciones (Sesión 3, 10/Feb) Las medidas de precisión realizadas son importantes a la hora de buscar posibles desviaciones del ME A la caza de nuevos descubrimientos Estamos mirando en rangos desconocidos. Para avanzar, necesitaremos nuevas máquinas en el futuro a medio/largo plazo (Sesión 4, 24/Feb) Física en LHC

52 La próxima semana 1: Aceleradores de partículas Introducción Fundamentos 2: El Large Hadron Collider (LHC) Diseño e historia Componentes Parámetros y operación 3: Detectores de partículas Detectores gaseosos Detectores de silicio Calorimetría 4: El experimento Compact Muon Solenoid (CMS) Diseño, historia y construcción Subdetectores Sistemas de adquisición de datos y disparo 5: Medidas en CMS Reconstruyendo partículas en CMS