Part

1
Partículas elementais e a orixe do Universo
Ciencias para o Mundo Contemporáneo
Jaime Álvarez Muñiz e Carlos Pajares Vales -
Depto. Física de Partículas, USC
2
Dúas preguntas fundamentais
De qué está feito o mundo que nos rodea?
Cómo se mantén unido?
3
De qué está feita a materia ?
Collamos un trozo de materia, por exemplo
CHOCOLATE
1 1/2 1/22 1/23 1/24
1/25 1/26 1/27 1/28 1/29
16384 trociños
1/210 1/211 1/212 1/213 1/214
Se facemos esto mismo otras 70 veces !!
chegaremos a conseguir UN ÁTOMO.
4
O átomo pódese dividir !
Helio (He)
Neon (Ne)
Todos os átomos teñen un núcleo con carga
positiva, e electróns con carga negativa
orbitando ó seu arredor.
5
Evidencia de subestructura no átomo
Partículas alpha (carga positiva)
(Rutherford 1911)
1 Angström 10-10 m
Pero e o núcleo?, es indivisible ?
6
O núcleo se pode dividir !
O núcleo atómico contén protóns de carga positiva
e neutróns sen carga.
10-14 m
Pero e os protóns e neutróns?, son
indivisibles ?
7
Pois nonos protóns e neutróns tamén se poden
dividir !
Neutrón
1 fermi 10-15 m
Neutróns e protóns conteñen quarks up e down
Protón
Pero e os quarks?, tamén se poden dividir?
8
Pero e os quarks?, tamén se poden dividir?
?
Non hai evidencia experimental
lt10-18 m
Hai evidencia experimental de que non
E os electróns?, se poden dividir?
9
En resumo
ÁTOMO 10-10 m
NÚCLEO 10-14 m
QUARKS
NUCLEÓN 10-15 m
hoxe sabemos que a materia está feita de átomos,
os átomos están feitos de protóns, neutróns e
electróns, os protóns e neutróns están feitos de
quarks e éstos, a súa vez, ó igual que os
electróns, pode (ou non) que estean feitos de
partículas incluso MÁIS elementais...
10
Outra partícula elemental o fotón
O efecto fotoeléctrico Un raio de luz pode
arrancar electróns da materia porque a luz está
formada por partículas chamadas fotóns
Einstein (1905)
Luz incidente
Electróns arrancados
11
Ademáis da materia existe a antimateria


E mc2
Liberan una enerxía equivalente á da explosión
dunha bomba atómica
1 gramo de antimateria
1 gramo de materia
12
A antimateria prodúcese en aceleradores de
partículas mais non hai perigo !!
Se collemos toda a antimateria producida nos
aceleradores nun ano e a desintegramos contra
materia, a enerxía liberada só chegaría para
quentar unha taza de café
13
Qué mantén unida á materia?
Existen 4 forzas fundamentais na Naturaleza
Gravitatoria Electromagnética Forte Feble
As interaccións entre partículas se producen por
intercambio de outras partículas elementais.
14
Experimentos en Física de Partículas
15

• Dous pasos básicos
• 1ª Atopar unha fonte de partículas, aceleralas
  ata que alcancen grandes enerxías e facelas
  chocar entre elas ou contra un branco.
• 2ª Estudiar as novas partículas resultantes desas
  colisións en detectores e extraer conclusións
  acerca do interior da materia.

16
É como nunha radiografía
Bombardeamos partículas (fotóns raios X) contra
un branco (o corpo humano) e do que observamos no
detector (a radiografía) sacamos conclusións
acerca do que hai no interior
17
Exemplo dun acelerador de partículas a TV
! Un acelerador de partículas na miña propia casa
!
No tubo dunha TV aceléranse electróns que ó
chocar contra a pantalla da TV producen a imaxe
que vemos.
18
Aceleradores de partículas no mundo
3.2 km
SLAC (EEUU)
19
O CERN (Suiza)
27 km de circunferencia !!
20
CERN Centre Europeene pour la Recherche
Nucleaire
LHC Large Hadron Collider (2008 - )
100 m
21
Colisóns protón-protón no acelerador LHC
http//cdsweb.cern.ch/record/1125472
22
Exemplo dun detector de partículas
Detector ALICE no acelerador LHC do CERN
23
A orixe do Universo
24
O descubrimento de Hubble
No ano 1929 o astrónomo estadounidense Edwin
Hubble fixo un dos descubrimentos máis
importantes do século XX Hubble observou que as
galaxias no ceo non estaban quietas, polo
contrario se moven e de feito aléxanse unhas
das outras !!
25
A expansión do Universo
As galaxias se alexan unhas das outras porque o
Universo se está expandindo a medida que o tempo
pasa, e arrastra ás galaxias consigo na súa
expansión. Imaxina un globo no que pintamos
puntos que representan as galaxias e o inflamos
26
O Big Bang
Se vamos hacia atrás no tempo, no pasado as
galaxias estiveron máis xuntas, e o Universo era
máis pequeno. Chegaríamos así a un instante no
tempo no que toda a masa, a enerxía, e o espacio
do Universo están concentrados nun punto de
densidade enorme a orixe do Universo, o Big Bang
ou Gran Explosión. É debido ó Big Bang que o
Universo está todavía expandíndose.
O Big Bang ocorreu fai 13.700 millóns de anos
!!
27
A historia do Universo

• O Big Bang é o comezo do espacio e o tempo, antes
  non había nin espacio, nin sequera ten sentido
  falar dun antes
• A temperatura é a densidade de enerxía eran
  enormes. A medida que se expande o Universo vaise
  enfriando.

28
A historia do Universo
29
A historia do Universo

• A enerxía convértese en materia en virtude da
  ecuación de Einstein Emc2
• Deste xeito aparecen primeiro as partículas
  elementais, que despois se agruparían formando
  átomos, que a súa vez forman estrelas, planetas,
  e finalmente aparece a vida.

30
A historia do Universo
31
A historia do Universo

• A vida evoluciona e aparece o ser humano. A súa
  intelixencia lle leva a preguntarse pola orixe do
  Universo

32
A orixe do Universo e a Física de Partículas

• Os físicos de partículas crean mini-Big Bangs nos
  aceleradores, reproducindo as condicións de
  extrema densidade e temperatura do Universo fai
  miles de millóns de anos

http//hands-on-cern.physto.se/ani/acc_lhc_atlas/l
hc_atlas.swf