Este documento describe las simetrías fundamentales que subyacen a las cuatro fuerzas de la naturaleza (electromagnetismo, fuerza débil, fuerza fuerte y gravedad), y cómo el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) busca descubrir cómo se rompe la simetría electrodébil a través de altas energías de colisión. El documento también sugiere que el LHC podría descubrir nuevas partículas como la materia oscura o la supersimetría.

1. La simetr ía y simplicidad de las Leyes de la Física Juan Martín Maldacena Institute for Advanced Study

2. La bella y la bestia

3. Simetría Simplicidad Elegancia Complicado Misterioso Fuerzas de la naturaleza Electromagnetismo débil fuerte gravedad Ruptura de la simetría (Bosón de Higgs) Necesitamos a ambos para comprender la naturaleza Somos los hijos de este matrimonio!

5. Las simetrías de la naturaleza están ocultas, y llevó tiempo y esfuerzo descubrirlas

6. Las fuerzas de la naturaleza se basan en ciertas simetrías 4 Fuerzas : Electromagnetismo Débil Fuerte Gravedad

8. Campo eléctrico Campo magnético Relatividad  leyes de la f ísica son las mismas para dos observadores en movimiento Campos eléctricos y magnéticos están relacionados Empuja a las cargas Hace doblar a las cargas

9. Los campos eléctricos y magnéticos tienen dinámica propia y pueden oscilar. Ondas electromagnéticas: Luz, ondas de radio, rayos X, etc.

10. El electromagnetismo se basa en una simetría: Simetría de “gauge” o de medida. Analog ía monetaria

11. Dólar Real Peso 1.000 A = 1 real 3.000 A = 1 dólar 3 reales = 1 d ó lar 1 peso = 1.000 A 3 pesos = 1 d ólar 1 peso = 1 real 10 pesos = 1 real

12. Figura Rotaciones del círculo en cada punto del espacio-tiempo Una part ícula cargada se mueve en este círculo Cambio de moneda  rotaci ón en el círculo, transformación de gauge Tipo de cambio  poten cial electromagnético Especuladores  electrones Oportunidades para especular  campo magn ético

14. Energía ~ frequencia de la onda Unidad más pequeña de onda electromagnética: Fotón Menos energía Más energía

15. Rotacíon Una partícula elemental puede rotar Pero solo una pequeña cantidad de rotación, una mínima unidad fotón Dos fotones con la misma dirección, energía y “spin” son idénticos Dirección de movimiento

16. Electrón spin = ½ Una unidad de carga Para un electrón en reposo  relacionados por una rotaci ón

19. Neutrino flux. About 10^(11) per cm^2 per second . Energy about .5 Mev Para la fuerza débil hay dos tipos de electrones spin d ébil (no se mueve en la esfera débil) Sólo parecería funcionar si el electrón no tuviera masa neutrino spin ordinario electrón diestro electrón zurdo spin ordinario

20. Zurdo Diestro

21. Zurdo Diestro Las leyes de la naturaleza no son simétricas ante una reflexión en un espejo. Sólo existen los neutrinos zurdos neutrino

22. Fuerzas Electromagnetismo Débil electrón zurdo y neutrino electrón diestro Muy simple Todas las partículas no tienen masa Basada en simetrías Magnitud de las fuerzas es bastante similar Partículas Fuerte quarks (zurdos y diestros)

23. Atlas sosteniendo la esfera celeste. Una esfera para todo el espacio Antiguo Moderno Una esfera en cada punto del espacio

25. La bestia El bosón de Higgs (o algo similar) Deforma la esfera Rompe la simetría Le da masa al electrón Hace que los átomos tenga un tamaño finito Tratar de hacer rotar la esfera en otras direcciones es muy difícil, las partículas tendrán una masa muy grande Bosones W y Z , fueron descubiertos en el CERN en 1983. Su masa sería un valor muy “extraño”. Partícula sin spin ordinario spin débil 1 / 2 El vacío esta lleno de estas partículas, todas sin momento y en el mismo estado

26. Electrón zurdo elctrón diestro Electrón diestro y el zurdo pueden interactuar con las partículas de Higgs Esta interacción le da masa al electrón. Como el neutrino es solo diestro permanecería sin masa (interacciones con en antineutrino y las partículas de higgs le dan una masa muy pequeña) Los fotones débiles adquieren una masa ya que tienen spin débil  W, Z Cuesta hacer girar las esferas en relación a las partículas de Higgs que llenan el espacio

27. fot ón Z neutrino electrón electrón Δ E Δ T > ђ No necesita pasar muy cerca No necesita pasar muy cerca

29. 27 Km de largo Ginebra L H C

30. LHC = Large Hadron Colider Gran colisionador de part ículas gordas Gran colisionador de protones Pequeño colisionador de electrones

31. Pequeño colisionador de electrones campo eléctrico campo magnético

32. Televisor vs LHC Energía que se le imparte a la partícula Televisor : 14.000 Voltios LHC 14.000.000.000.000 Voltios El LHC le entrega al protón mil millones de veces mas energía que un televisor

33. Ponemos mil millones de televisores uno atrás del otro ?  Distancia a la luna No! Los protones dan vueltas alrededor de un c írculo y reciben una pequeña cantidad de energía cada vez

34. ¿Porqué es tan grande el círculo ? Es difícil generar un campo magnético tan grande como el que se necesita para hacer doblar a una partícula tan energética

38. Es complicado porque los protones son “gordos” Toda esta lluvia de partículas esta determinada por las simetrías de medida, sobre todo, la de la interacción fuerte. La conferencia que estamos tieniendo aquí en en la UBA se trata de encontrar nuevos métodos para calcular esto.

39. ATLAS

42. ATLAS 2500 físicos 2 grupos en Argentina : María Teresa Dova, Universidad de La Plata Ricardo Piegaia, Universidad de Buenos Aires

43. ¿Tanto lío por el bosón de Higgs ? Entender la naturaleza a distancias muy pequeñas Se espera que se descubran nuevas partículas Quizás se descubre la materia oscura O la supersimetría.

45. En los próximos años tendremos interesantes descubrimientos en la física de partículas! Tendremos una visión mucho más completa que la actual.

46. Lo que ahora nos parece complicado y feo nos parecerá sencillo y claro Ruptura de La simetría Simetría