o lado qualitativo - oicoic.nap.usp.br/wp-content/uploads/2012/09/iea_12.pdf · 2 depende da massa...
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O bóson de Higgs e a massa das coisas
Universidade de São PauloInstituto de Física
F.S. Navarra
navarra@if.usp.br
meio contínuo,“líquido” : campo de Higgs
meio atrapalhao movimento da partícula: inércia
para balançar
Higgs: o campo e a partícula
onda é quantizada:partícula deHiggs
partícula pode“balançar” o meio : onda
para balançar o meio:
Muita energia !
LHC : colisões a altíssimas energias
9 bilhões de dólares: vale a pena ?
“A ciência pura é como um recém – nascido”
1916 - Relatividade Geral 1994 - GPS
Precisão:
com RG: 10 m
sem RG: 10 km
Aumentando a energia vemos flutuações:
Próton observado a altas energias
q
qg
q
Esperamos observar o vidro de cor no LHC
“vidro de cor”
Observação do bóson de Higgs
“canais” de decaimento H dois fótons teoria versus dados
pH m125m = 2
p c/GeV1m =Depende da massa do Higgs
O Higgs e as massas das coisas
Todas as coisas são feitas de protons, neutrons e eletrons
Massa do próton = massa do nêutron = 2000 massa do elétron
Massa das coisas = massa do protons + massa do neutrons
A massa do próton vem do Higgs ?
Higgsmassa do elétron :
em
massa do quark u :em20
massa do quark d :em20
eduu m60mmm =++
A massa do próton
ep m2000m =
Higgs gera apenas 3 % da massa do próton e das coisas !
De onde vem 97 % da massa do próton ?
O que é o próton ?
Até 1960 : uma bolinha com carga elétrica
1962: uma bola feita de pions (modelo de Skyrme)
1964 - 1969: três quarks (Gell-Mann, Bjorken, ...)
1974: três quarks confinados numa “sacola” (MIT bag ) q
2003: quarks ligados por “cordas” feitas de gluons
2cmE =Massa do próton = energia que contém :
50 kg = 0,025 kg
+ 49,975 kg elétrons núcleos
A massa de uma pessoa:
núcleos = prótons + nêutrons
1,5 kg quarks
3,5 kg vazio
44,975 kg energia cinética + potencial
Conclusão
A do descoberta do Higgs é um dos maiores feitos da história da ciência
Mais uma vitória do modelo padrão
Ainda há muito o que fazer...
A massa na física
Isaac Newton
Mecânica Clássica
amF i= massa inercialamF i= massa inercial
2
g
gr
mMGF −=
massa gravitacional “peso”
mmm ig ==
Ftd
xdm
2
2
=xd
Vd
td
xdm
2
2
−=
Mecânica Lagrangiana
)x(Vxm2
1)x(VTL 2 −=−= &Lagrangiana
xd
Ld
xd
Ld
td
d=
& xd
Vd
td
xdm
2
2
−=Euler-Lagrange
2vm2
1E =Partícula livre
xdxdtd=
& xdtdm
2−=Euler-Lagrange
equação de movimento
Mecânica Relativística
Einstein22
2
2
22 vm
2
1cm
c
v1
cmcmE +≅
−
=γ=
Partícula livre
massa = energia de repouso Não é conservada...2cmE = massa = energia de repouso Não é conservada...2cmE =
42222 cmcpE =− m é independente de v , “invariante”, “escalar”
2
2
c
v1
vmvmp
−
=γ= 42222 cmcpE +=
Mecânica Quântica Relativística
42222 cmcpE =−
)t,x()t(x φ→
xip
∂∂
−→ h
∂
φ=φ
∂∂
−∂∂
− 22
2
22
2
2
2
2
cmxtc
hh
tiE
∂∂
→ h
)z,y,x,ct(x =µ
1c ==h
)z,y,x,ct(x −−−=µ
3,2,1,0=µφ=φ
∂∂
∂∂
−µ
µ2m
xxφ=φ∂∂− µ
µ2m
equação de movimento
LV
LL =→ Densidade de Lagrangiana
Teoria de Campos
22m2
1
2
1L φ−φ∂φ∂= µ
µ ))(
L(
x
L
φ∂∂∂
∂∂
=φ∂
∂µ
µ
φ=φ∂∂− µµ
2m
massa = número que multiplica na densidade de Lagrangiana !2φ
)(V2
1L φ−φ∂φ∂= µ
µ
Teoria com interação (energia potencial) :
422
4
1
2
1V φλ+φµ+=
!massa02 →>µ
!massasem02 →<µ
Vácuo “cheio” e geração de massa
Vácuo = estado de menor energia
O mínimo do potencial :
0p → 0x→
∂φ∂
0E → 0t→
∂φ∂ 0=φ∂φ∂ µ
µ
0)(V 22 =φλ+µφ=φ∂
∂
002 =φ→>µ
v02 ±=φ→<µ
λµ−
=2
v
)x(v)x( η+=φ422 111L φλ−φµ−φ∂φ∂= µ
02 <µ
Escolhemos:
)x(v)x( η+=φ422
4
1
2
1
2
1L φλ−φµ−φ∂φ∂= µ
µ
const4
1vv
2
1L 4322 +ηλ−ηλ−ηλ−η∂η∂= µ
µ
número positivo: é massa ! 2v2m λ=η
quebra da simetria )x()x( η−→η
Conclusão
A massa “m” mudou bastante nos últimos 300 anos
Ainda aparece nas equações de movimento e representa inércia
É uma forma de energia e pode se transformar em outra
No modelo padrão ela vem da interação das partículas com o vácuo
O vácuo é preenchido por v , o valor do campo de Higgs
“v “ gera massa e quebra simetrias
Mas...
O vácuo é ainda muito mais complicado :
Ainda vem muito mais por aí...
Elétron = Partícula e Onda Puntiforme e Extenso
+ = dualidade complementaridade
Física Quântica
Não existe trajetória bem definida
Menos poder de previsão
(princípio da incerteza)
(probabilidades)
Não dá prá entender...
Relatividade
Contração do espaço
Equivalência entremassa e energia
massamassa
massa e energia
2cmE =
luz luz
x
k m
X=0
h>∆∆ xp
Um caso simples
vmp =
HeisenbergA mola nunca está em repouso na origem !
“energia de ponto zero”
Vácuo da QCD
Confina os quarks em “sacolas”
q
vácuo mésonbárion
Podemos cavar buracos neste meio! Podemos derretê-lo!
O Modelo Padrão
Matéria:quarks e leptons
“estável”
Portadores de força
luz , radiação , campo
efêmero
ainda não observado: boson de Higgs
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