Presentación de la ponencia "Una aproximación a la físicade partículas en el bachillerato: contextualizando en el LHC", que se enmarcan el las I Jornadas de Actualización en Física para profesorado de Bachillerato, organizadas por los CEPs de Sevilla, Alcalá de Guadaíra y Castilleja de la Cuesta

1. CURRO MARTÍNEZ CENTRO DE PROFESORADO DE ALCALÁ DE GUADAÍRA I JORNADAS DE ACTUALIZACIÓN EN FÍSICA PARA PROFESORADO DE BACHILLERATO Sevilla 9 de marzo de 2010 UNA APROXIMACIÓN A LA FÍSICA DE PARTÍCULAS EN EL BACHILLERATO CONTEXTUALIZANDO EN EL LHC (Large Hadron Collider)

3. Temperaturas 100000 veces superiores

4. que en el centro del Sol

5. Una máquina del big-bang

6. Presión 10 veces menor que en la Luna

7. Superconductores 10 veces más finos

8. que el cabello humano (8.4 Teslas)

9. 300000 billones de protones en cada

10. sentido

11. Misma energía que un tren de 400 T a

12. una velocidad de 150 km/h

13. 600 millones de colisiones p-p por

14. segundo (7+7 TeV)

15. Detectores de gran tamaño

16. Supercomputación (GRID) ATLAS CMS ALICE LHCb 4 detectores en la frontera básica del conocimiento

17. La física se hace constantemente la pregunta ¿por qué?, y a cada nueva explicación se vuelve a preguntar ¿por que? En ocasiones chocamos con la FRONTERA BÁSICA DE NUESTRO CONOCIMIENTO. Cuanto más profundizamos en las causa últimas de las cosas, más reducen el nº de leyes y hechos básicos que explican los demás. A medida que encontramos leyes más básicas, normalmente estas resultan ser más 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 había hecho. Por ejemplo: ¿por qué el electrón es 2000 veces más ligero que el protón? PREGUNTAR A LA NATURALEZA DE FORMA INTELIGENTE HIPÓTESIS A PARTIR DE LA OBSERVACIÓN O DE LA FALTA DE CONSISTENCIA MATEMÁTICA

18. e - e + P 0 -P 0 P LAB-TOTAL = 0

19. Supongamos que la única interacción entre las dos partículas es la eléctrica y que es aplicable la Ley de Coulomb. 1) Con ayuda del dibujo explica cómo variaría la desviación de las partículas según estuviéramos en cada uno de los casos de la figura. (Es importante que los alumnos sepan que la figura NO está a escala, ni mucho menos) 2) Lanzamos una partícula a desde una gran distancia contra un núcleo de oro (Z = 79). Si su energía cinética es de varios MeV (digamos cuatro) y la distancia de varios cm: a) ¿Cuánto valdrá la energía mecánica total? b) Consideremos ahora el punto de máximo acercamiento r min . ¿Cuánto valen en él los dos términos de la energía mecánica del proyectil? PISTA: ¿Qué le pasa a la partícula en ese punto?

20. A) La energía mecánica total cuando se lanza la partícula: ya que a esa distancia B) La energía mecánica se conserva, pero, claro, sus dos términos han variado, ahora es T = 0, pues en el punto de máximo acercamiento, rmín, la partícula está parada, toda la energía es potencial, C) D) La energía cinética inicial Reproduce el orden de magnitud.... Cuidado con la mecánica clásica c) Comparar los resultados de a) y b) para obtener el valor de r mín en este caso. d) ¿Qué energía cinética inicial debería tener la partícula a para que r mín fuera del orden de 10 –15 m, que es más o menos el “tamaño” del núcleo. (Las comillas se deben a que un núcleo no es como una bolita bien definida...)?

21. ACELERADORES DETECTORES

22. Bloques fundamentales de construcción: Fermiones

23. Hay cuatro fuerzas conocidas (o interacciones), cada una mediada por una partícula fundamental, conocida como partícula intermediaria o portadora. Interacción Actua sobre Partículas mediadoras Masa (GeV) Intensidad Alcance Electromagnética Partículas cargadas Fotones 0 1 infinito Débil Quarks y leptones Bosones W + W - y Z 80 - 90 10 -4 10 -15 Fuerte Quarks Gluones 8 x 0 60 (**) Gravitatoria Partículas con masa Gravitones ?? 0 10 -41 infinito ¿EL BOSÓN DE HIGGS o LA PARTÍCULA DE DIOS?

24. UNA NUEVA VISIÓN DEL ÁTOMO DE HIDRÓGENO

25. Las partículas “virtuales” son intercambiadas entre las “reales” dando lugar a las interacciones. El problema es que estas partículas mediadoras parecen no respetar el sagrado principio de conservación de la energía.

30. ¿ Por qué las partículas fundamentales tienen masas tan diferentes ? Dos de los mayores misterios por resolver son cómo obtienen las partículas masa y qué relación existe entre la masa y la energía. BUSQUEDA DE LA PARTÍCULA DE HIGGS. Al principio de nuestro Universo, existían cantidades iguales de materia y antimateria. Si la materia y la antimateria fuesen imágenes exactamente simétricas, se hubieran aniquilado, produciendo energía. Pero, ¿ por qué quedó un exceso de materia, creando las galaxias, el sistema solar - con nuestro planeta - y nosotros mismos ? Estudiar la diferencias ínfimas que existen entre la materia y la antimateria. Reproducir las condiciones en el universo inmediatamente después del Big-Bang para entender por qué el Universo es tal como lo conocemos hoy. ¿Materia oscura?

31. REPRODUCIR EL BIG BANG

32. NATURALEZA ALICE EXPERIMENT COLISIONES DE NÚCLEOS DE PLOMO

34. La trayectoria de los protones discurre por una circunferencia de 26659 metros, y los dos haces están formados por paquetes de 1,05 x 10 11 protones de unos 7,7 cm de longitud y 16 μ m de sección y separados por una distancia de 7,48 m. El número adecuado son 2835 grupos de protones Cada protón es llevado a una energía de 7 TeV y son sometidos a una fuerza centrípeta permamente por 1232 dipolos magnéticos (fuerza de Lorentz). 16 toneladas causadas por 600 billones de protones que apenas suponen 1 ng Colisión protón-protón Calcular la fuerza sobre cada protón y la fuerza total de reacción sobre el acelerador

35. El mosquito tiene la masa de 36 mil trillones de protones, mientras que los 7 TeV están concentrados en un solo protón !!!! Una moto de gran cilindrada de 180 kg a 130 km/h Calcular la energía cinética de un mosquito de unos 60 mg que vuela a 20 cm/s Calcular la energía cinética en cada instante de cada paquete de protones

36. 1232 dipolos de 14,3 m cada uno cubren 17618 m de acelerador

37. Calcular el campo magnético en el interior del solenoide del detector CMS

38. Recordemos que estamos hablando de un solenoide de 6 m de diámetro y 12,5 m de longitud, por el que circula una corriente de casi 20 mil amperios lo que obliga a que deban de ser usadas condiciones de superconductividad. La temperatura del solenoide es de unos 4,2 K. 5 secciones cilíndricas de aluminio cada una de las cuales presenta 4 capas de 109 espiras cada una 2, 5 m de longitud cada sección I= 19500 A

39. 46 m de largo 25 m de alto ANIMACIÓN DETECTOR

40. Gracias a todas y a todos … más en otras convocatorias y en www.eduphysics.net