Upload
celsa-cortijo
View
458
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
La Física en l’era del LHC
Oriol Domènech CotsUniversitat Autònoma de Barcelona
Programa
• Les teories de la física que descriuen la natura.
• Problemes i limitacions dels models físics actuals.
• El LHC.
• Importància del LHC en la comprensió de l’univers.
Les Forces Fonamentals
La nostre comprensió de la natura es basa en el coneixement de les quatre interaccions fonamentals:
Les Teories de la Natura
Per tal de descriure aquestes quatre forces fonamentals disposem de dues teories:
• Model Estàndar: aquest model explica la natura a escala subatòmica.
• Relativitat general: teoria que descriu l’univers a gran escala.
El Model Estàndar
El model estàndar és la teoria que descriu el comportament de les partícules fonamentals
El Model Estàndar
La nostre visió de l’àtom i dels seus constituents és complexa però profunda.
Model Estàndar
El model estàndar descriu amb èxit 3 de les 4 forces fonamentals de la natura.
Model Estàndar
La visió moderna de com actuen aquestes forces és a través de l’intercanvi de bosons
Electromagnetisme
Fotó
Model Estàndar
Força Nuclear Forta
Força Nuclear Dèbil
Model Estàndar
Aquesta teoria ha canviat la nostra concepció de la natura a nivell sub-atòmic, així com la nostra manera d’entendre la matèria.
Model Estàndar
També ha canviat la nostra manera de veure les interaccions entre partícules.
Relativitat General
La relativitat general és la teoria que descriu l’univers a gran escala
Relativitat General
Aquesta teoria ha canviat radicalment la nostre concepció l’espai i el temps i la nostra visió de l’univers.
La gravetat s’entén com una
deformació de l’espai-temps
provocada per la presència
de massa
Relativitat General
Els planetes segueixen trajectòries “rectes” en l’espai corvat, són les anomenades geodèsiques.
Relativitat General
Altres conseqüències d’aquesta teoria són:
• L’únivers és finit
• L’univers no és estàtic sinó
que es troba en expansió
Relativitat General
La relativitat general, per tant, descriu perfectament bé la quarta força fonamental de la natura, la gravetat.
Problemes principals
• No existeix una visió unificada de les quatre forces fonamentals en el marc d’una teoria única.
Som incapaços d’entendre l’origen de l’univers i els forats negres.
Problemes principals
Tenim teories que unifiquen les 4 forces, però encara no han estat verificades experimentalment:
• Supersimetria i supergravetat• Dimensions Extra• Teories de Gran Unificació (GUT)• (Teoria de Cordes)
Problemes principals
• El Model Estàndar prediu
l’existència d’una partícula
que encara no ha estat
descoberta, el bosó de Higgs.
Aquesta partícula és fonamental
per entendre la massa de la resta
de partícules fonamentals
Problemes principals
• L’expansió accelerada de l’univers només s’explica si acceptem l’existència de la matèria fosca i l’energia fosca. No obstant, desconeixem per complet ambdues coses.
Problemes principals
• Materia fosca: S’ha detectat la seva existència a partir d’observacions en galaxies espirals, però no se sap quina és la seva naturalesa
Problemes principals
• Energia fosca: Tot i que sabem que és la responsable del 74% de l’energia total de l’univers desconeixem per complet el seu origen.
La teoria més acceptada avui en dia proposa que l’energia fosca és una energia constant que omple tot l’espai (Constant Cosmològica).
LHC
El LHC és un accelerador de partícules ubicat a la ciutat de Ginebra, en les instal·lacions del CERN
LHC
• El LHC fa colisionar protons amb antiprotons per tal d’obtenir una gran quantitat d’energia, que posteriorment es transformarà en noves partícules.
LHCPer tal de realitzar les col·lisions s’envien 3.000 paquets formats per 100.000 milions de partícules. Quan dos paquests es creuin només es produiran, de mitjana, 20 col·lisions.
No obstant els paquests es creuen 30 milions de vegades per segon. Això vol dir que cada segon es produiran 600 milions de colisions protó-antiprotó
LHC
• Les partícules s’acceleren en una órbita circular, per mitjà de forts camps magnètics. Aquests camps magnètics es generen a través d’imants superconductors, els quals es troben a una temperatura de 1.9 Kelvin (-271º C).
LHC
• A través de les colisions protó-antiprotó haurem de ser capaços de generar el bosó de Higgs, que és la partícula que falta per tal de completar el Model Estàndar.
• També haurem de ser capaços de distingir quina teoria hi ha més enllà del Model Estàndar i la Relativitat General (Supergravetat, Dimensions Extra, GUT, ???)
LHC
• Podrem explorar en l’origen de la materia i l’energia fosca. Aquest fet és crucial per entedre el nostre univers donat que entre les dues sumen un 96% de la seva energia/massa total.
LHCSi completem aquests objectius podrem:
• Entendre l’univers des del punt de vista d’una teoria més Entendre l’univers des del punt de vista d’una teoria més fonamentalfonamental
• Entendre que és realment la matèria i energia fosquesEntendre que és realment la matèria i energia fosques• Comprendre les lleis de la física just després del Big BangComprendre les lleis de la física just després del Big Bang
LHC
Algunes curiositats sobre el LHC:
• L’anell del LHC té un perímetre de 27 km, excavat a una profunditat d’entre 50 I 150 metres.
• Els (anti-) protons són accelerats fins al 99.9999991% de la velocitat de la llum.
• El cost total del projecte s’estima en uns 6.000 milions d’euros.
LHC
• En aquest projecte hi participen 10.000 científics i enginyers de 100 universitats i laboratoris diferents (entre els quals hi ha universitats i institucions españoles com l’Institut de Física d’Altes Energies, IFAE)