UNA APROXIMACIN A LA FSICA DEPARTCULAS EN EL BACHILLERATO

CONTEXTUALIZANDO EN EL LHC(Large Hadron Collider)CURRO MARTNEZ

CENTRO DE PROFESORADO DE ALCAL DE GUADARA

I JORNADAS DE ACTUALIZACIN EN FSICA PARA PROFESORADO DE BACHILLERATO

Sevilla 9 de marzo de 2010

Una mquina para acelerar protones

El lugar ms fro del Universo (1,9 K)

Temperaturas 100000 veces superiores que en el centro del Sol

Una mquina del big-bang

Presin 10 veces menor que en la Luna

Superconductores 10 veces ms finosque el cabello humano (8.4 Teslas)

300000 billones de protones en cadasentido

Misma energa que un tren de 400 T auna velocidad de 150 km/h

600 millones de colisiones p-p porsegundo (7+7 TeV)

Detectores de gran tamao

Supercomputacin (GRID)

ATLASCMSALICELHCb

4 detectores en lafrontera bsicadel conocimiento

Qu sentido tiene construir una mquina como el LHC? La fsica se hace constantemente la pregunta por qu?, y a cada nueva explicacin se vuelve a preguntar por que? En ocasiones chocamos con la FRONTERA BSICA DE NUESTRO CONOCIMIENTO.Cuanto ms profundizamos en las causa ltimas de las cosas, ms reducen el n de leyes y hechos bsicos que explican los dems.

A medida que encontramos leyes ms bsicas, normalmente estas resultan ser ms simples.

No se sabe cual es el final del camino en el descubrimiento, pero el LHC se ha construido para avanzar en ese camino.En ocasiones las nuevas preguntas son muy sencillas, pero simplemente nadie se las haba hecho. Por ejemplo: por qu el electrn es 2000 veces ms ligero que el protn? PREGUNTAR A LA NATURALEZA DE FORMA INTELIGENTEHIPTESIS A PARTIR DE LA OBSERVACIN O DE LA FALTA DE CONSISTENCIA MATEMTICA

Los modelos son puestos a prueba

e-

e+

P0

-P0

PLAB-TOTAL = 0

Una tarea sobre el experimento de Rutherford Supongamos que la nica interaccin entre las dos partculas es la elctrica y que es aplicable la Ley de Coulomb.

1) Con ayuda del dibujo explica cmo variara la desviacin de las partculas segn estuviramos en cada uno de los casos de la figura. (Es importante que los alumnos sepan que la figura NO est a escala, ni mucho menos) 2) Lanzamos una partcula a desde una gran distancia contra un ncleo de oro (Z = 79). Si suenerga cintica es de varios MeV (digamos cuatro) y la distancia de varios cm:a) Cunto valdr la energa mecnica total?b) Consideremos ahora el punto de mximo acercamiento rmin. Cunto valen en l los dos trminos de la energa mecnica del proyectil? PISTA: Qu le pasa a la partcula en ese punto?

Una tarea sobre el experimento de Rutherford c) Comparar los resultados de a) y b) para obtener el valor de rmn en este caso.d) Qu energa cintica inicial debera tener la partcula a para que rmn fuera del orden de 1015 m, que es ms o menos el tamao del ncleo. (Las comillas se deben a que un ncleo no es como una bolita bien definida...)?A) La energa mecnica total cuando se lanza la partcula:

ya que a esa distancia

B) La energa mecnica se conserva, pero, claro, sus dos trminos han variado, ahora es T = 0, pues en el punto de mximo acercamiento, rmn, la partcula est parada, toda la energa es potencial,

C)

D) La energa cintica inicial

Reproduce el orden de magnitud.... Cuidado con la mecnica clsica

Cmo se trabaja en fsica de partculas?

ACELERADORES

DETECTORES

Bloques fundamentales de construccin: Fermiones

La situacin actual: el MODELO ESTNDAR

Intercambio de partculas mediadoras de la interaccin Hay cuatro fuerzas conocidas (o interacciones), cada una mediada por una partcula fundamental, conocida como partcula intermediaria o portadora.

InteraccinActua sobrePartculas mediadorasMasa (GeV)IntensidadAlcance

ElectromagnticaPartculascargadasFotones

01

infinito

DbilQuarks y leptonesBosonesW+ W- y Z

80 - 9010-410-15

FuerteQuarksGluones

8 x060(**)

GravitatoriaPartculas con masaGravitones ??

010-41infinito

EL BOSN DE HIGGS o LA PARTCULA DE DIOS?

Nuevas visiones

UNA NUEVA VISIN DEL TOMO DE HIDRGENO

El carcter de las partculas mediadoras

Las partculas virtuales son intercambiadas entre las reales dandolugar a las interacciones.

El problema es que estas partculas mediadoras parecen no respetar el sagrado principio de conservacin de la energa.

Revisando la interaccin fuerte

Revisando la interaccin fuerte

Interaccin dbil

La interaccin dbil puede cambiar un tipo de quark en otro

Bsqueda en la frontera del conocimiento Por qu las partculas fundamentales tienen masas tan diferentes ? Dos de los mayores misterios por resolver son cmo obtienen las partculasmasa y qu relacin existe entre la masa y la energa. BUSQUEDA DE LA PARTCULA DE HIGGS.Al principio de nuestro Universo, existan cantidades iguales de materia y antimateria. Si la materia y la antimateria fuesen imgenes exactamente simtricas, se hubieran aniquilado, produciendo energa. Pero, por qu qued un exceso de materia, creando las galaxias, el sistema solar - con nuestro planeta - y nosotros mismos ? Estudiar la diferencias nfimas que existen entre la materia y la antimateria.Reproducir las condiciones en el universo inmediatamente despus del Big-Bang para entender por qu el Universo es tal como lo conocemos hoy. Materia oscura?

El experimento ALICE

REPRODUCIR EL BIG BANG

Back to the Big Bang

NATURALEZA

ALICE EXPERIMENT

COLISIONES DE NCLEOS DE PLOMO

Una grfica de un viaje en el tiempo

Algunos clculos sencillos con el LHC: un poco de dinmicaLa trayectoria de los protones discurre por una circunferencia de 26659 metros, y los dos hacesestn formados por paquetes de 1,05 x 1011 protones de unos 7,7 cm de longitud y 16m de seccin y separados por una distancia de 7,48 m.

El nmero adecuado son 2835 grupos de protones

Cada protn es llevado a una energa de 7 TeV y son sometidos a una fuerza centrpetapermamente por 1232 dipolos magnticos (fuerza de Lorentz).

Calcular la fuerza sobre cada protn y la fuerza total de reaccin sobre el acelerador

16 toneladas causadas por 600 billones de protones que apenas suponen 1 ng

Colisin protn-protn

Algunos clculos sencillos con el LHC: un poco de energaCalcular la energa cintica de un mosquito de unos 60 mg que vuela a 20 cm/s

El mosquito tiene la masa de 36 mil trillones de protones, mientras que los 7 TeV estnconcentrados en un solo protn !!!!

Calcular la energa cintica en cada instante de cada paquete de protones

Una moto de gran cilindrada de 180 kg a 130 km/h

Algunos clculos sencillos con el LHC: campo magntico

1232 dipolos de 14,3 m cada unocubren 17618 m de acelerador

Algunos clculos sencillos con el LHC: solenoide de CMSCalcular el campo magntico en el interior del solenoide del detector CMS

Algunos clculos sencillos con el LHC: solenoide de CMS

5 secciones cilndricas de aluminio cada una de las cuales presenta 4 capas de 109 espiras cada una2, 5 m de longitud cada seccinI= 19500 A

Recordemos que estamos hablando de un solenoide de 6 m de dimetro y 12,5 mde longitud, por el que circula una corriente de casi 20 mil amperios lo que obligaa que deban de ser usadas condiciones de superconductividad. La temperaturadel solenoide es de unos 4,2 K.

El detector ATLAS

46 m de largo25 m de alto

ANIMACIN DETECTOR

Gracias a todas y a todos

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