Qué es y por qué es tan importante el decubrimiento de una bosón escalar con masa 125 GeV, como el anunciado por CMS y ATLAS el pasado 4 de julio?

1. EL BOSON DE HIGGS
EL FIN DE LAS CERTIDUMBRES
Diego Gallego PhD
Grupo de Física Teórica y Computacional
Escuela de Física
UPTC
Julio 12 de 2012

2. ¿LA PARTICULA DE DIOS?
¿Cómo referirse en desespero a una particula
tan esquiva pero a la vez tan necesaria?
¡LA BENDITA PARTÍCULA ESA!

3. ¿LA PARTICULA DE DIOS?
¿Cómo referirse en desespero a una particula
tan esquiva pero a la vez tan necesaria?
¡LA BENDITA PARTÍCULA ESA!
¿Cómo titular un libro de divulgación
científica si se quiere vender?
Goddamn particle. God particle.

4. ¿LA PARTICULA DE DIOS?
DO
¿Cómo referirse en desespero a una particula
A
tan esquiva pero a la vez tan necesaria?
L
C
¡LA BENDITA PARTÍCULA ESA! E
A N
¿Cómo titular un libro de divulgación
C
científica si se quiere vender?
Goddamn particle. God particle.

5. EL CAMINO A LA
UNIFICACIÓN
Interacciones fundamentales

6. FENOMENOS APARENTEMENTE
DISTINTOS

7. FENOMENOS APARENTEMENTE
DISTINTOS

8. FENOMENOS APARENTEMENTE
DISTINTOS

9. UNA MISMA DESCRIPCIÓN
GRAVEDAD

10. FENOMENOS APARENTEMENTE
DISTINTOS

11. FENOMENOS APARENTEMENTE
DISTINTOS

12. FENOMENOS
APARENTEMENTE
DISTINTOS

13. ELECTROMAGNETISMO

14. ELECTROMAGNETISMO

15. FUERZAS NUCLEARES
!Mucho más intensas que las anteriores!

16. FUERZAS NUCLEARES l
e d
!Mucho más intensas que las anteriores!
tro
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¿P o

17. EL FOTÓN Dualidad onda

18. EL FOTÓN Dualidad onda

19. EL FOTÓN Dualidad onda
Mediador de la
interacción
electromagnética

22. MODELO ESTÁNDAR DE
PARTÍCULAS

23. MORALEJAS
Comprender la naturaleza a nivel fundamental además
de permitir la descripción de nuevos fenómenos
muestra en un marco unificado gran variedad de estos.
Las interacciones fundamentales son mediadas por
partículas

24. LOS BLOQUES
FUNDAMENTALES
Partículas elementales

25. ESCUDRIÑANDO LA MATERIA
1897 Descubrimiento del electrón
• ¡Los átomos son divisibles!
• Energía de ruptura de Voltios.

26. ESCUDRIÑANDO LA MATERIA
1897 Descubrimiento del electrón
• ¡Los átomos son divisibles!
• Energía de ruptura de Voltios.
20's y 30's Protón y neutrón
• Un
núcleo de tamaño cienmil veces
menor al átomo.
• El núcleo tiene estructura.

27. ESCUDRIÑANDO LA MATERIA
1897 Descubrimiento del electrón
• ¡Los átomos son divisibles!
• Energía de ruptura de Voltios.
20's y 30's Protón y neutrón
• Un
núcleo de tamaño cienmil veces
menor al átomo.
• El núcleo tiene estructura.

28. ESCUDRIÑANDO LA MATERIA
1897 Descubrimiento del electrón
• ¡Los átomos son divisibles!
• Energía de ruptura de Voltios.
20's y 30's Protón y neutrón
• Un
núcleo de tamaño cienmil veces
menor al átomo.
• El núcleo tiene estructura.
¿UNA NUEVA INTERACCIÓN?

29. 1932 Descubrimiento del positrón
• La antimateria se revela.

30. 1932 Descubrimiento del positrón
• La antimateria se revela.
¿Por qué solo hay materia en el
universo?

31. 1932 Descubrimiento del positrón
• La antimateria se revela.
¿Por qué solo hay materia en el
universo?
• Una descripción relativista
más sofisticada es necesaria.

32. 1932 Descubrimiento del positrón
• La antimateria se revela.
¿Por qué solo hay materia en el
universo?
• Una descripción relativista
más sofisticada es necesaria.
¡Podemos crear
partículas!

33. RAYOS COSMICOS
Partículas ultra energéticas provenientes de espacio
• El
paso de partículas
cargadas generadas en
colisiones puede revelarse
en camaras de vapor (cloud
chambers) o de líquido
(bubble chambers)
superturados.

34. ¿AUN MÁS?
1937
1942

35. ¿AUN MÁS?
• Muones...Electrones
pesados. 200 veces
más.
1937
1942

36. ¿AUN MÁS?
• Muones...Electrones
pesados. 200 veces
más.
• Neutrinos...
Electrones mancos y
sin masa ni carga 1937
eléctrica.
1942

37. ¿AUN MÁS?
• Muones...Electrones
pesados. 200 veces
más.
• Neutrinos...
Electrones mancos y
sin masa ni carga 1937
eléctrica.
Y MÁS... ¡SE CRECIÓ LA FAMILIA!
1942

38. LA ERA DE LOS ACELERADORES
Forma controlada de generar nuevas partículas y fenómenos
Hadrones
Más energía.
Preferidos para descubrir.
Leptónicos
Más limpios.
Para caracterizar.

39. LA ERA DE LOS ACELERADORES
Forma controlada de generar nuevas partículas y fenómenos
Hadrones
Más energía.
Preferidos para descubrir.
Leptónicos
Más limpios.
Para caracterizar.

40. Hadrones
• Decenas de nuevas

41. Hadrones
• Decenas de nuevas
¿Con o sin estructura?

42. Hadrones
• Decenas de nuevas
¿Con o sin estructura?
• Muchasse pueden explicar
como estados resonantes.
• Los nucleones parecen

43. Hadrones
• Decenas de nuevas
¿Con o sin estructura?
• Muchasse pueden explicar
como estados resonantes.
• Los nucleones parecen
¡El modelo de quarks!

44. MORALEJAS
• Explorar
lo pequeño implica cada
vez más energía.
• En general las partículas son
inestables y tienen estructura
interna.

45. EL MODELO ESTÁNDAR
DE PARTÍCULAS
Teorías cuánticas de campos

46. CAMPOS
Una propiedad definida sobre puntos del espacio

47. CAMPOS
Una propiedad definida sobre puntos del espacio
Escalares
• Campo de temperaturas.
• Campo de altitudes.

48. CAMPOS
Una propiedad definida sobre puntos del espacio
Escalares
• Campo de temperaturas.
• Campo de altitudes.
Vectoriales
• Campo de
velocidades.

49. CAMPOS
Una propiedad definida sobre puntos del espacio
Escalares
• Campo de temperaturas.
• Campo de altitudes.
ONDAS
Vectoriales
• Campo de
velocidades.

50. DETECTORES

51. DETECTORES

52. CAMPOS CUÁNTICOS
Además de ondas tienen asociadas

53. CAMPOS CUÁNTICOS
Además de ondas tienen asociadas

54. CAMPOS CUÁNTICOS
Además de ondas tienen asociadas

55. CAMPOS CUÁNTICOS
Además de ondas tienen asociadas

56. CAMPOS CUÁNTICOS
Además de ondas tienen asociadas

57. PARTÍCULAS= EXCITACIONES DEL CAMPO
Los efectos debidos a la partícula
son notables para energías
cercanas a su masa.

58. MORALEJA
Para buscar partículas pesadas debemos
excitar el vacío a energías enormes.

59. PARTÍCULAS E
INTERACCIONES

60. PARTÍCULAS E
INTERACCIONES

62. EL PROBLEMA DE LA MASA
¡SIN ESTA FICHA TODAS LAS PARTÍCULAS
APARECEN DESPROVISTAS DE MASA!
Deben tener masa
• Las partículas sin masa viajan a la velocidad de la luz.
• De esta forma se explica que la fuerza nuclear débil
sea de corto alcance.

63. EL BOSÓN DE HIGGS
El campo de Higgs hace las veces del agua.
Para reproducer lo observado la masa
del bosón de Higgs debe ser del orden de

64. EL LHC Hadrones
El Gran Colisionador de

65. EL LHC Hadrones
El Gran Colisionador de
• Anillo de 27km de diametro.
• Protones acelerados a 99.9999991% de la velocidad de la luz.
• Collisiones con 8 TeV de energía de centro de masa. Pronto a
14 TeV.
• 600 millones de colisiones por segundo. (200 mil DVDs)
• Costo 7.500 millones des de euros.

66. EL LHC Hadrones
El Gran Colisionador de
• El espacio más vacío en el sistema solar 10.-13 atm
• 100000 veces más caliente que el centro solar.
• Temperaturas de 1.9 K (-271.3 C). Más frío que el espacio
exterior.

67. EL LHC Hadrones
El Gran Colisionador de
• El espacio más vacío en el sistema solar 10.-13 atm
• 100000 veces más caliente que el centro solar.
• Temperaturas de 1.9 K (-271.3 C). Más frío que el espacio
exterior.
¡La máquina más grande y precisa
cronstruida por la humanidad!

68. 4 EXPERIMENTOS INDEPENDIENTES
• ATLAS y CMS:
multiproposito.
• ALICE: estudio de
colisiones de iones de
plomo. Universo
temprano.
• LHCb: propiedades de la
antimateria.

69. ATLAS CMS
• El detector de partículas más • El
detector de
grande del mundo.
partículas más pesado
• Cerca de 3000 investigadores del mundo 12500 ton.
(1000 de ellos estudiantes).
• 174 universidades y laboratorios. • Cerca de 2000
• Mediciones con presición de
investigadores (800 de
0.001 cm. ellos estudiantes).

70. ATLAS CMS
• El detector de partículas más El detector
•¡Estoy de
grande del mundo. triunfando
partículas más pesado
mamá!
• Cerca de 3000 investigadores del mundo 12500 ton.
(1000 de ellos estudiantes).
• 174 universidades y laboratorios. • Cerca de 2000
• Mediciones con presición de
investigadores (800 de
0.001 cm. ellos estudiantes).

71. HIGGS HIGGS URRA!!!
Para masas inferiores a 130 GeV el mejor canal es fotón-fotón

72. HIGGS HIGGS URRA!!!

73. HIGGS HIGGS URRA!!!

74. HISTORIA DEL UNIVERSO

75. MUCHAS PREGUNTAS SIN
RESPONDER
• ¿Cómo dotar de masa las partículas?
• ¿Cómo resulta qué las partículas tienen la masa que tienen? ¿Sé
confabuló el universo para nuestra exixtencia?
• ¿Cómo dotar de masa los neutrinos?
• ¿Qué sucedió con la antimateria?
• ¿Qué es la materia oscura?
• Entender la energía oscura.
• GRAVEDAD

76. FUTURO PRÓXIMO
• Determinarsi la partícula
corresponde exactamente a la
predicha por el modelo estándar.
• Si no... ¿Qué nos quiere decir?
• Esperar
nuevos descubrimientos
cuando el LHC corra a 14 TeV.
• Super colisionador lineal de
electrones.
¡Lo emocionante apenas comienza!