1. Instituto de Física Teórica
¿Quiénes somos?
¿Dónde estamos?
¿A qué nos dedicamos?

2. (2004)
Investigadores Postdocs Estudiantes de
de Plantilla Doctorado
~ 20 ~ 20 ~ 40

3. Dónde estamos....
Campus UAM

4. Instituto de Física Teórica
Investigación
Formación
Producción Científica
Conferencias Científicas
Seminarios
Estancias
Divulgación

5. Física de Partículas
¿De qué
¿Qué investigamos? estamos
hechos?
Cosmología

6. ¿De qué estamos
hechos?
Introducción a la Física de
Partículas Elementales
IFT-CSIC/UAM Angel Uranga
Madrid (agradecimiento
Marzo 2012 a Alberto Casas
por las transparencias)

7. LHC

10. Del estudio de las
partículas que se
producen en los choques
de protones
se espera obtener
información nueva y
crucial para nuestra
comprensión de la
naturaleza.

11. EL objetivo del LHC es traspasar la
frontera actual del conocimiento básico
sobre la naturaleza

12. ¿ Por
qué... ?

13. ¿Por qué hay tantas sustancias y
objetos diversos?

14. ...
...
Mendeleiev
(1867) Tabla Periódica

15. ?
Tabla Periódica
Átomo
Rutherford Bohr
(1909) (1913)

16. protón neutrón electrón

17. ...
protón neutrón electrón

18. protón neutrón electrón
¿Por qué existen estas tres partículas
y a qué se deben sus propiedades?
Esta pregunta sólo ha podido ser
respondida parcialmente
Aquí es donde chocamos con la
frontera básica del conocimiento

19. Frontera actual
Modelo Estándar

20. Modelo Estándar
(~1980)
Teoría de la Mecánica
Relatividad Cuántica

21. Modelo Estándar
(~1980)
Simetría
Componentes de la
Interacciones
Materia

22. Materia
1932 p, n, e ν
1937 µ
1940s mesones π, K
1950s partículas Λ, Δ, Σ, ...
...Actualmente se conocen unas 300 partículas

23. protón neutrón
u u d d
d u
quarks

24. νe u
e d
1a familia de partículas elementales
casi todo está hecho con ellas

25. 1995
1897
ντ t
νµ c
τ b
νe u
µ s
e d
a
3 familia
a
2 familia
1a familia
¿Por qué?

26. Interacciones

27. Todas estas interacciones son manifestaciones
de sólo
4 interacciones básicas
gravitatoria fuerte
electromagnética débil

28. Todas las interacciones están mediadas por
otras partículas: mensajeros de la interacción
e e
γ Interacción Electromagnética
≡ Intercambio de fotones
e e

29. Las interacciones básicas de la naturaleza son
consecuencia de simetrías subyacentes
Tipo de Interacción Partícula Mediadora
Electromagnética γ (fotón)
Fuerte g (gluón)
Débil bosones W, Z
Gravitatoria G (gravitón)

30. Simetría
...Quizá el concepto más importante en la
física de partículas moderna
Simetría ≡ Invariancia bajo transformaciones

31. ¿ Presenta la naturaleza alguna
simetría ?

33. Lo verdaderamente fundamental no son los
objetos, sino las leyes de la física que los
originan.
... y las leyes de la física tienen una enorme
simetría
Es decir, quedan invariantes bajo ciertas
transformaciones matemáticas

34. Por ejemplo:
Las leyes de la física tienen
invarianza temporal:
no cambian con el tiempo
Conservación de
la Energía
Análogamente: la simetría del electromagnetismo
se relaciona con la conservación de la carga, etc

35. Simetrías
Leyes de
conservación
Interacciones
Partículas
Mediadoras

36. Las interacciones básicas de la naturaleza son
consecuencia de simetrías subyacentes
Tipo de Interacción Partícula Mediadora
Electromagnética γ (fotón)
Fuerte g (gluón)
Débil bosones W, Z
Gravitatoria G (gravitón)

37. Higgs
Mecanismo de Higgs
Existe un campo (campo de Higgs) que llena
todo el espacio, como un líquido viscoso.
Fricción con el
masa ≡ líquido viscoso

38. Si esta hipótesis es correcta, debería existir
una nueva partícula “especial”:
el bosón de Higgs
Ondas en el
Bosón de Higgs ≡ líquido viscoso

39. Esta es la única predicción importante del
Modelo Estándar aún sin verificar
Pero es una predicción crucial
Producir una partícula de Higgs es equivalente a
“sacar al vacío de su sitio” (por un instante
diminuto)

40. Descubrir el bosón
de Higgs
Objetivos del LHC
Descubrir la física
más allá del M.E.

41. Pero si el Mod. Est.
funciona tan bien,
¿Por qué ir más allá?
Qué hay de malo con
el Mod. Est.?

43. ???
?

44. Problemas estéticos
Recordar... ντ t
νµ c
τ b
νe u
µ s
e d
a
3 familia
a
2 familia
1a familia
???

45. Problema de la jerarquía
¿Por qué las
partículas tienen las
masas que tienen?
¿Y no son, por
ejemplo, un millón de
veces más pesadas?

46. Problema de la jerarquía
La estabilidad de las masas de
las partículas requiere
Nueva física a
energías accesibles
en el LHC

47. ¿Qué nueva física?
Supersimetría Technicolor
Dimensiones
extras
...

48. Supersimetría

49. Dimensiones Extras
El espacio que percibimos con nuestros sentidos
posee tres dimensiones espaciales:
En 1917 Kaluza y Klein conjeturaron la existencia
de dimensiones extras compactas (invisibles)

50. Dimensiones Extras Compactas
¿Tendría esta dimensión
extra alguna influencia en
nuestra vida?

51. Un escenario distinto
3 D
a na
Br
ó n
fot
gravitón
ia
ter
ma

52. Existe otra posibilidad...

53. ... que estemos
completamente
equivocados
¡Y ésta podría ser la
situación más excitante!

54. Para acceder a esa nueva física necesitamos
una máquina que permita acelerar las partículas
hasta enormes energías ....
¡ y hacerlas chocar !
LHC

55. LHC
LHCb
ATLAS
CMS
ALICE