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21/03/2012   Física de Altas Energias   1
Ronald Cintra Shellard
        CBPF
Paradoxo:

                 Quanto mais sabemos,
             mais extensa é nossa ignorância
                                                      Arnold Zukerfeld




21/03/2012                 Física de Altas Energias                      3
   1895 − W. K. Röentgen ★          − Descoberta dos Raios X
      1897 − J.J. Thompson★            − Descoberta do eléctron
      1911 − E. Rutherford             − Identificação do núcleo atômico
      1912 − V. F. Hess★               − Descoberta dos raios cósmicos
      1928 − P. A. M. Dirac★           − Postula pósitrons (eq. de Dirac)
      1930 − W. Pauli★                 − Postula neutrinos (conservação de energia)
      1932 − J. Chadwick★              − Descoberta do neutron
      1932 − C. D. Anderson★           − Descoberta do pósitron
      1935 − H. Yukawa★                − Postula mésons para interação forte
      1936 − C. D. Anderson            − Descoberta do múon (Who order that?)
      1947 − G. Rochester e            − Descoberta do Kaon (partícula estranha)
                            C. Butler
      1947 − C. Powell★, C. Lattes     − Descoberta do píon
                      e G. Occhialini
      1948 − C. Lattes e               − Píons em aceleradores
                          E. Gardner                 ADVENTO DOS ACELERADORES

21/03/2012                                 Física de Altas Energias                    5
   1952   -   E. Fermi et al.                - Produzem ressonâncias hadrônicas
      1955   -   -O.Chamberlain e E.Segré ★    - Produzem anti-próton no laboratório
              -   C. N. Yang e T. D. Lee★
      1956   -   F.Reines★,C.L.Cowan           - Violação da Paridade
      1957   -   L. Lederman★ , M. Schwartz    - Descoberta do neutrino
      1962       e J. Steinberger              - Descoberta do neutrino muonico
              -    S. Glashow★
      1961   -   M. GellMann★                  - V-A
      1962   -   J. Cronin e Val Fitch★        - Eight Fold Way (quarks)
      1964   -   A. Salam, S. Weinberg★        - Descoberta da vilação de CP.
      1967   -   J.Friedman,H.K. Kendall,      - Modelo Padrão
      1968       R.E.Taylor ★                  - Medida da estrutrura dos hadrons
                                                (partons)
      1972   - M. Kobayashi-T. Maskawa★        - Matriz dos quarks
      1973   - D. Politzer, D. Gross e F.       Liberdade assintótica (QCD)
                Wilczek ★

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   1974   - B. Richter e S. Ting ★    - Descoberta do charme
      1975   - M. Perl ★                 - Descoberta do tau
      1977   - L. Lederman               - Descoberta do quark b
      1983   - C. Rubia, S.v.d. Meer ★   - Descoberta do W e Z
      1989   - LEP e SLC                 - 3 famílias de neutrinos
      1995   - CDF e D-Zero              - Descoberta do quark top
      1998   - M. Koshiba ★              - Massa de neutrinos


              Tevatron e LEP              - Validação do Modelo Padrão




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QCD        Interações eletrofracas
               su(3)        su(2)             u(1)
               Quarks        u                  c            t
                             d            s         b
               Leptons       e           μ          τ
                             νe          νμ         ντ
                QCD                   Glúons
                   EW             W+, W-, Z0, Fóton

                   mais mecanismo de quebra de simetria

21/03/2012                        Física de Altas Energias       8
QCD   Interações eletrofracas
               su(3)   su(2)          u(1)




21/03/2012                Física de Altas Energias   9
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21/03/2012   Física de Altas Energias   12
4 Tesla
                        4

21/03/2012             Física de Altas Energias   13
Vertex Locator VELO

   Muon System              RICH Detectors                   Movable device
                                                             35 mm from beam out of physics /
                                                              7 mm from beam in physics




                                                                           pp collision Point

                                                                                       ~ 1 cm

                                                                                   B



             Calorimeters         Tracking System
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21/03/2012   Física de Altas Energias   16
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21/03/2012   Física de Altas Energias   18
21/03/2012   Física de Altas Energias   19
HIGGS




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Supersimetria (SUSY)




21/03/2012            Física de Altas Energias   21
21/03/2012   Física de Altas Energias   22
21/03/2012   Física de Altas Energias   23
Mecanismo de Englert-Brout-Higgs-Guralnik-Hagen-Kibble
             É materialização da observação de Julian Schwinger


                             Mas não é a única!

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21/03/2012   Física de Altas Energias   25
21/03/2012   Física de Altas Energias   26
technipion




                                                     techirho
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246
                              n=            GeV » 174GeV
                                          2


21/03/2012   Física de Altas Energias                      28
Carga dos quarks está conectada com a carga dos léptons

             Implica em Grande Unificação (GUTs)




                  Porque 3 famílias?
21/03/2012                   Física de Altas Energias       29
O que é matéria escura?
             Luz no fim do túnel?
             Resultados experimentais:
               • DAMA (Gran Sasso) YES
               • CRESST (Gran Sasso) PERHAPS
               • CoGeNT (Soudan) YES
               • CDMS (Soudan) NO
               • XENON (Gran Sasso) NO




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21/03/2012   Física de Altas Energias   35
21/03/2012   Física de Altas Energias   36
diaphragm    mirror




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21/03/2012   Física de Altas Energias   38
21/03/2012   Física de Altas Energias   39
21/03/2012   Física de Altas Energias   40
21/03/2012   Física de Altas Energias   41
Secção de choque
      próton-próton




   If % p > 20%, % He < 25%




21/03/2012                    Física de Altas Energias   42
Fe   p   γ




                                        Paradoxo:

                             - Energias mais altas são Fe?
                             - Modelo físicos errados?



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21/03/2012   Física de Altas Energias   44
Paulo Fonte (Coimbra)




21/03/2012   Física de Altas Energias   45
21/03/2012   Física de Altas Energias   46
21/03/2012   Física de Altas Energias   47
e+ e- na escala de TeV




21/03/2012                Física de Altas Energias   49
Ecms = 500 GeV

         L = 2×1034 cm-2 s-1

         325 Instituições!

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21/03/2012   Física de Altas Energias   51
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21/03/2012   Física de Altas Energias   53
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21/03/2012   Física de Altas Energias   55
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21/03/2012   Física de Altas Energias   57
21/03/2012   Física de Altas Energias   58
Raios Gama oferecem uma vista do Universo Extremo




21/03/2012                       Física de Altas Energias    59
Cherenkov Light Images on cameras
                           50photons/m2 ~1000 p.e./Tel at 1TeV




                                        T1
                                                        T2




                                         T3         T4



                      Typical parameters
                      Energy range       50GeV ~ 10TeV
                      CR rejection power ~99.9%
                      Angular resolution ~0.1 degrees
                      Energy resolution ~20%
                      Detection area      ~105m2
                      Sensitivity ~1% Crab Flux (10-13 erg/cm2s)
21/03/2012   Física de Altas Energias                              60
Energia de 10 GeV a 100 TeV




     AGN’s, Pulsares, GRB’s

                                                               Fontes de
                                                               raios cósmicos




21/03/2012                          Física de Altas Energias                    61
21/03/2012   Física de Altas Energias   62
-     Física de Altas Energias vive um período de grande
       efervescência

  -      Experimentos envolvem colaborações internacionais

  -     Liderança dos experimentos deixou de ser exclusiva de
       EUA, Europa e Japão

  -      Brasil tem participação relevante em vários experimentos

  -     Intensa participação da indústria nos experimentos
       (motor de Inovação)

  -      Provavelmente estamos no limiar de novas descobertas



21/03/2012                       Física de Altas Energias       63

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IEA - Palestra "Física das altas energias"

  • 1. 21/03/2012 Física de Altas Energias 1
  • 3. Paradoxo: Quanto mais sabemos, mais extensa é nossa ignorância Arnold Zukerfeld 21/03/2012 Física de Altas Energias 3
  • 4.
  • 5. 1895 − W. K. Röentgen ★ − Descoberta dos Raios X  1897 − J.J. Thompson★ − Descoberta do eléctron  1911 − E. Rutherford − Identificação do núcleo atômico  1912 − V. F. Hess★ − Descoberta dos raios cósmicos  1928 − P. A. M. Dirac★ − Postula pósitrons (eq. de Dirac)  1930 − W. Pauli★ − Postula neutrinos (conservação de energia)  1932 − J. Chadwick★ − Descoberta do neutron  1932 − C. D. Anderson★ − Descoberta do pósitron  1935 − H. Yukawa★ − Postula mésons para interação forte  1936 − C. D. Anderson − Descoberta do múon (Who order that?)  1947 − G. Rochester e − Descoberta do Kaon (partícula estranha) C. Butler  1947 − C. Powell★, C. Lattes − Descoberta do píon e G. Occhialini  1948 − C. Lattes e − Píons em aceleradores E. Gardner ADVENTO DOS ACELERADORES 21/03/2012 Física de Altas Energias 5
  • 6. 1952 - E. Fermi et al. - Produzem ressonâncias hadrônicas  1955 - -O.Chamberlain e E.Segré ★ - Produzem anti-próton no laboratório - C. N. Yang e T. D. Lee★  1956 - F.Reines★,C.L.Cowan - Violação da Paridade  1957 - L. Lederman★ , M. Schwartz - Descoberta do neutrino  1962 e J. Steinberger - Descoberta do neutrino muonico - S. Glashow★  1961 - M. GellMann★ - V-A  1962 - J. Cronin e Val Fitch★ - Eight Fold Way (quarks)  1964 - A. Salam, S. Weinberg★ - Descoberta da vilação de CP.  1967 - J.Friedman,H.K. Kendall, - Modelo Padrão  1968 R.E.Taylor ★ - Medida da estrutrura dos hadrons (partons)  1972 - M. Kobayashi-T. Maskawa★ - Matriz dos quarks  1973 - D. Politzer, D. Gross e F. Liberdade assintótica (QCD) Wilczek ★ 21/03/2012 Física de Altas Energias 6
  • 7. 1974 - B. Richter e S. Ting ★ - Descoberta do charme  1975 - M. Perl ★ - Descoberta do tau  1977 - L. Lederman - Descoberta do quark b  1983 - C. Rubia, S.v.d. Meer ★ - Descoberta do W e Z  1989 - LEP e SLC - 3 famílias de neutrinos  1995 - CDF e D-Zero - Descoberta do quark top  1998 - M. Koshiba ★ - Massa de neutrinos Tevatron e LEP - Validação do Modelo Padrão 21/03/2012 Física de Altas Energias 7
  • 8. QCD Interações eletrofracas su(3) su(2) u(1) Quarks u c t d s b Leptons e μ τ νe νμ ντ QCD Glúons EW W+, W-, Z0, Fóton mais mecanismo de quebra de simetria 21/03/2012 Física de Altas Energias 8
  • 9. QCD Interações eletrofracas su(3) su(2) u(1) 21/03/2012 Física de Altas Energias 9
  • 10. 21/03/2012 Física de Altas Energias 10
  • 11.
  • 12. 21/03/2012 Física de Altas Energias 12
  • 13. 4 Tesla 4 21/03/2012 Física de Altas Energias 13
  • 14. Vertex Locator VELO Muon System RICH Detectors Movable device 35 mm from beam out of physics / 7 mm from beam in physics pp collision Point ~ 1 cm B Calorimeters Tracking System 21/03/2012 Física de Altas Energias 14
  • 15. 21/03/2012 Física de Altas Energias 15
  • 16. 21/03/2012 Física de Altas Energias 16
  • 17. 21/03/2012 Física de Altas Energias 17
  • 18. 21/03/2012 Física de Altas Energias 18
  • 19. 21/03/2012 Física de Altas Energias 19
  • 20. HIGGS 21/03/2012 Física de Altas Energias 20
  • 21. Supersimetria (SUSY) 21/03/2012 Física de Altas Energias 21
  • 22. 21/03/2012 Física de Altas Energias 22
  • 23. 21/03/2012 Física de Altas Energias 23
  • 24. Mecanismo de Englert-Brout-Higgs-Guralnik-Hagen-Kibble É materialização da observação de Julian Schwinger Mas não é a única! 21/03/2012 Física de Altas Energias 24
  • 25. 21/03/2012 Física de Altas Energias 25
  • 26. 21/03/2012 Física de Altas Energias 26
  • 27. technipion techirho 21/03/2012 Física de Altas Energias 27
  • 28. 246 n= GeV » 174GeV 2 21/03/2012 Física de Altas Energias 28
  • 29. Carga dos quarks está conectada com a carga dos léptons Implica em Grande Unificação (GUTs) Porque 3 famílias? 21/03/2012 Física de Altas Energias 29
  • 30. O que é matéria escura? Luz no fim do túnel? Resultados experimentais: • DAMA (Gran Sasso) YES • CRESST (Gran Sasso) PERHAPS • CoGeNT (Soudan) YES • CDMS (Soudan) NO • XENON (Gran Sasso) NO 21/03/2012 Física de Altas Energias 30
  • 31. 21/03/2012 Física de Altas Energias 31
  • 32. 21/03/2012 Física de Altas Energias 32
  • 33. 21/03/2012 Física de Altas Energias 33
  • 34. 21/03/2012 Física de Altas Energias 34
  • 35. 21/03/2012 Física de Altas Energias 35
  • 36. 21/03/2012 Física de Altas Energias 36
  • 37. diaphragm mirror 21/03/2012 Física de Altas Energias 37
  • 38. 21/03/2012 Física de Altas Energias 38
  • 39. 21/03/2012 Física de Altas Energias 39
  • 40. 21/03/2012 Física de Altas Energias 40
  • 41. 21/03/2012 Física de Altas Energias 41
  • 42. Secção de choque próton-próton If % p > 20%, % He < 25% 21/03/2012 Física de Altas Energias 42
  • 43. Fe p γ Paradoxo: - Energias mais altas são Fe? - Modelo físicos errados? 21/03/2012 Física de Altas Energias 43
  • 44. 21/03/2012 Física de Altas Energias 44
  • 45. Paulo Fonte (Coimbra) 21/03/2012 Física de Altas Energias 45
  • 46. 21/03/2012 Física de Altas Energias 46
  • 47. 21/03/2012 Física de Altas Energias 47
  • 48.
  • 49. e+ e- na escala de TeV 21/03/2012 Física de Altas Energias 49
  • 50. Ecms = 500 GeV L = 2×1034 cm-2 s-1 325 Instituições! 21/03/2012 Física de Altas Energias 50
  • 51. 21/03/2012 Física de Altas Energias 51
  • 52. 21/03/2012 Física de Altas Energias 52
  • 53. 21/03/2012 Física de Altas Energias 53
  • 54. 21/03/2012 Física de Altas Energias 54
  • 55. 21/03/2012 Física de Altas Energias 55
  • 56. 21/03/2012 Física de Altas Energias 56
  • 57. 21/03/2012 Física de Altas Energias 57
  • 58. 21/03/2012 Física de Altas Energias 58
  • 59. Raios Gama oferecem uma vista do Universo Extremo 21/03/2012 Física de Altas Energias 59
  • 60. Cherenkov Light Images on cameras 50photons/m2 ~1000 p.e./Tel at 1TeV T1 T2 T3 T4 Typical parameters Energy range 50GeV ~ 10TeV CR rejection power ~99.9% Angular resolution ~0.1 degrees Energy resolution ~20% Detection area ~105m2 Sensitivity ~1% Crab Flux (10-13 erg/cm2s) 21/03/2012 Física de Altas Energias 60
  • 61. Energia de 10 GeV a 100 TeV AGN’s, Pulsares, GRB’s Fontes de raios cósmicos 21/03/2012 Física de Altas Energias 61
  • 62. 21/03/2012 Física de Altas Energias 62
  • 63. - Física de Altas Energias vive um período de grande efervescência - Experimentos envolvem colaborações internacionais - Liderança dos experimentos deixou de ser exclusiva de EUA, Europa e Japão - Brasil tem participação relevante em vários experimentos - Intensa participação da indústria nos experimentos (motor de Inovação) - Provavelmente estamos no limiar de novas descobertas 21/03/2012 Física de Altas Energias 63