en el corazón de la materia la frontera de la física de la interacción fuerte Carlos Pena Desafíos de la Física Fundamental Residencia de Estudiantes, 13/11/2014
[Cosmic Voyage - Smithsonian Institution, 1996]
cuál es el origen de nuestra masa? qué ocurre con los núcleos atómicos a enormes temperaturas / densidades? cómo se puede comprender una interacción fundamental usando superordenadores?
una historia de tres colores...
energía oscura 72% materia oscura 23% materia ordinaria 5%
energía oscura 72% materia oscura 23% materia ordinaria 5%
electromagnetismo interacciones nucleares débil y fuerte
Geiger, Marsden, Rutherford: el núcleo es mucho más pequeño que el átomo [http://www.youtube.com/watch?v=5pzj0u_xmbc]
Chadwick; Bothe, Becker, Joliot, Joliot-Curie, Lawrence,...: el núcleo contiene partículas neutras, que no son pares protón-electrón existe una interacción más fuerte que la electromagnética, que mantiene unidos protones y neutrones
hay una estructura subyacente en el zoo de hadrones?
Three quarks for Muster Mark! Sure he has not got much of a bark And sure any he has it s all beside the mark. [James Joyce, Finnegans Wake] M Gell-Mann Y Ne eman G Zweig modelo quark: las regularidades en las propiedades de los hadrones se pueden describir considerándolos estados compuestos por partículas más elementales
Three quarks for Muster Mark! Sure he has not got much of a bark And sure any he has it s all beside the mark. [James Joyce, Finnegans Wake] M Gell-Mann Y Ne eman G Zweig modelo quark: las regularidades en las propiedades de los hadrones se pueden describir considerándolos estados compuestos por partículas más elementales
los protones tienen subestructura: partones J Bjorken R Feynman partones = quarks???
colores para resolver una paradoja: el barión Ω - cómo pueden convivir 3 fermiones de spin 1/2, teniendo en cuenta el principio de exclusión de Pauli? O Greenberg
cromodinámica cuántica (QCD): los hadrones (protones, neutrones,...) están constituidos por quarks, que poseen carga de color la interacción fuerte entre quarks implica el intercambio de gluones, de la misma forma que las cargas eléctricas interactúan intercambiando fotones e - p + ē e e ē
cromodinámica cuántica (QCD): los hadrones (protones, neutrones,...) están constituidos por quarks, que poseen carga de color... H Fritzsch M Gell-Mann H Leutwyler J Wess
simetría gauge: todos los colores son iguales ante la ley = los colores de los quarks que constituyen un hadrón son complementarios: los estados físicos son incoloros (confinamiento)
cromodinámica cuántica (QCD): los hadrones (protones, neutrones,...) están constituidos por quarks, que poseen carga de color libertad asintótica: la intensidad de la interacción fuerte disminuye con la distancia (y viceversa)
cromodinámica cuántica (QCD): los hadrones (protones, neutrones,...) están constituidos por quarks, que poseen carga de color fuerte (larga distancia) débil (corta distancia) D Gross D Politzer F Wilczek
el vacío cuántico posee estructura, revelada por los campos gauge polarización del vacío E t Heisenberg
el vacío cuántico posee estructura, revelada por los campos gauge polarización del vacío E t Heisenberg
el vacío cuántico posee estructura, revelada por los campos gauge polarización del vacío E t Heisenberg el protón es un sistema complicado!
las complicadas interacciones entre quarks constituyentes se pueden describir como una cuerda ( tubo de flujo ) que los une
las complicadas interacciones entre quarks constituyentes se pueden describir como una cuerda ( tubo de flujo ) que los une la tensión de una cuerda quark-antiquark es similar a la de un cable de acero de 1 cm de grosor, pero está concentrada en una sección 10000000000000 menor
las complicadas interacciones entre quarks constituyentes se pueden describir como una cuerda ( tubo de flujo ) que los une la tensión de una cuerda quark-antiquark es similar a la de un cable de acero de 1 cm de grosor, pero está concentrada en una sección 10000000000000 menor
masa del electrón: masa del nucleón: masas de los quarks: m e =0.511 MeV/c 2 m N = 939 MeV/c 2 2m u + m d 10 MeV/c 2
masa del electrón: masa del nucleón: masas de los quarks: m e =0.511 MeV/c 2 m N = 939 MeV/c 2 2m u + m d 10 MeV/c 2 E lig (protón) (2m u + m d )c 2 100 e - p + E lig (hidrógeno) (m e + m p )c 2 0.00001 ē e e ē
masa del electrón: masa del nucleón: masas de los quarks: m e =0.511 MeV/c 2 m N = 939 MeV/c 2 2m u + m d 10 MeV/c 2 prácticamente toda la masa de la materia ordinaria proviene de la energía de interacción entre los constituyentes de protones y neutrones
T =1.57 10 7 K
Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) Brookhaven, New York. 197Au 197Au
Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) Brookhaven, New York 197Au 197Au
Large Hadron Collider (LHC) Francia/Suiza
qué sabemos sobre el medio generado en la colisión? no es transparente para los gluones se comporta como un fluido casi perfecto [https://www.youtube.com/watch?v=rcxkkp8ngw4] sus constituyentes interactúan muy fuertemente es posible derivar estas propiedades de QCD?
fuerte (larga distancia) débil (corta distancia)
fuerte (larga distancia) débil (corta distancia)
17000000000000000 ops/s [Sequoia, LLNL] [K, RIKEN] 11000000000000000 ops/s
900000000000000 ops/s [JUQUEEN, FZJ] [MareNostrum III, BSC] 5000000000000000 ops/s
115000000000 ops/s = 100000 x
[BMW Collaboration 2008]
e=mc2: 103 years later, Einstein proven right Updated November 21, 2008 16:48:00 It's taken more than a century, but Einstein's celebrated formula e=mc2 has finally been corroborated, thanks to a heroic computational effort by French, German and Hungarian physicists. A brainpower consortium led by Laurent Lellouch of France's Centre for Theoretical Physics, using some of the world's mightiest supercomputers, have set down the calculations for estimating the mass of protons and neutrons, the particles at the nucleus of atoms. According to the conventional model of particle physics, protons and neutrons PHOTO: Confirmed: even though Einstein's hypothesis was made over a century ago, it hadn't been corroborated until now. MAP: France [BMW Collaboration 2008]
[HotQCD Collaboration]
[W Kandinsky, Cuadrados con círculos concéntricos (1913)]