Las partículas

El mundo y sus partículas
Dr. Genaro Toledo
IFUNAM
Programa
Introducción
1.- Las partículas y las interacciones
 2.- Ecuación de Dirac e invariancia
de norma
 3.- El modelo estandar
 4.- Experimentos
 5.- Retos, mitos y realidades

G. Toledo
Introducción
G. Toledo
Las partículas
y
las interacciones
G. Toledo
Cuántas
partículas
conoces ? . . .
G. Toledo
Las partículas

FERMIONES
Espín fraccionario
G. Toledo

BOSONES
Espín entero
Fermiones

LEPTONES
G. Toledo

QUARKS
Bosones
Mediadores de las interacciones entre
fermiones.
 Gravitón
 W, Z
 Fotón
 Gluón
G. Toledo
G. Toledo
G. Toledo
Grupos de 2 quarks se llaman mesones
G. Toledo
Grupos de 3 quarks se llaman bariones





Protón (uud)
Neutrón (udd)
L (uds)
W (sss)
S (dds)
Las cargas totales
deben ser enteras
G. Toledo
Las interacciones
Interacción Gravitacional
 Interacción Electromagnética
 Interacción Fuerte
 Interacción Débil

G. Toledo
Interacción Gravitacional





Ley de Newton
Mediador: gravitón
Alcance: infinito
Fuente: masa
Orbitas planetarias
G. Toledo
Interacción Electromagnética





QED
Mediador: fotón
Alcance: infinito
Fuente: carga
eléctrica
Dispersión de
Rutherford
G. Toledo
Interacción Fuerte





QCD
Mediador: gluón
Alcance: fermi
Fuente: carga de
color
Dispersión protónneutrón
G. Toledo
Interacción Débil





Teoría de Fermi
Mediador: W, Z
Alcance: 0.0001 fermi
Fuente: carga débil
Decaimiento beta
G. Toledo
Cuántas
partículas
conoces ? . . .
G. Toledo
G. Toledo
Ecuación de Dirac
e
invariancia de norma
G. Toledo
De dónde surgen
los mediadores
de la interacción ?
G. Toledo
Ecuación de Dirac
(g.p – m ) Y = 0
Relativista
 Espín
 Invariancia de Lorentz
 Lineal en las derivadas

G. Toledo
Observaciones a las soluciones




Soluciones de
energía positiva y
negativa
Estados izquierdos y
derechos
Caso de masa cero,
separables
Paridad
G. Toledo
Lagrangeano
L= E. Cinética – E. Potencial
 Ecuaciones de Euler-Lagrange

Ecuaciones de movimiento similares, por
ejemplo, a las leyes de Newton
 Teorema de Noether (cantidades
conservadas)

G. Toledo
Invariancia de norma
Observables y la función de onda al
cuadrado.
 Función de onda determinada hasta una
fase.


Invariancia: GLOBAL
G. Toledo
LOCAL
Lagrangeano de una partícula
fermiónica libre
EXIGIENDO INVARIANCIA DE
NORMA
Término cinético
 Término de masa del fermión
 Término de interacción
 Término de masa del campo de norma?

G. Toledo
La naturaleza invariante de norma
G. Toledo

Electromagnetismo: Fotones (1)

Débil: W, Z (3)

Fuerte: Gluones (8)
De dónde surgen
los mediadores
de la interacción ?
G. Toledo
PAUSA
G. Toledo
Y la investigación ?
Información: Particle Data Group
http://pdg.lbl.gov/cpep.html
 Base de datos sobre nuevos trabajos
http://arxiv.org
 Publicación de trabajos.
 Tesis y docencia

G. Toledo
El modelo estandar
G. Toledo
Cómo calculamos
la probabilidad
de que ocurra un proceso ?
G. Toledo
Unificación electrodébil
Unificación electricidad-magnetismo:
Maxwell
 Electromagnetismo-débil: Weinberg,
Glashow y Salam
 Simetría rota a bajas energías

G. Toledo
La naturaleza invariante de norma
Electromagnetismo: Fotones (1)
Simetría: U(1)
 Débil: W, Z (3)
Simetría: SU(2)
 Fuerte: Gluones (8)
Simetría: SU(3)

Generadores D2 - 1
G. Toledo
Teoría electrodébil: U(1)xSU(2)
Mecanismo de Higgs
Rompimiento espontaneo
de la simetría


Genera las masas de
los bosones de norma.
G. Toledo
Lagrangeano = Corriente débil cargada (W)
+ Corriente neutra (Z)
+ Corriente EM neutra (fotón)
REGLAS DE FEYNMAN
G. Toledo
Simetrías discretas
Paridad: Inversión espacial
 Conjugación de carga
 Inversión Temporal

Teorema CPT
 Violación de CP

G. Toledo
Cómo calculamos
la probabilidad
de que ocurra un proceso ?
G. Toledo
Experimentos
G. Toledo
Cómo medimos
lo que pasa con
una partícula ?
G. Toledo
Aceleradores
G. Toledo
Registro de eventos
G. Toledo
Detección de partículas del espacio
G. Toledo
Observaciones astronómicas


Supernovas
Estrellas de
neutrones
G. Toledo
Plasma de quarks y gluones
G. Toledo
Cómo medimos
lo que pasa
con una partícula?
G. Toledo
Retos, mitos
y realidades
G. Toledo
Ya les medimos
y
explicamos todo ?
G. Toledo







Gran unificación
Valores de las masas de las partículas
Simetría entre fermiones y bosones
Mundo de 4 dimensiones
Propiedades de partículas
Como se distribuyen los quarks en el hadron
Deconfinamiento de quarks
G. Toledo
Unificación de las interacciones ?
G. Toledo
Nuevos estados de la materia?
G. Toledo
Y si viven
0.00000000000000000000001 segundos ?



Mesones con
espín=1
Conocemos la carga
vía su conservación
El momento dipolar
magnético de
ninguno de ellos se
ha podido medir.
G. Toledo