Desafios para o Futuro

Transcrição

1 Desafios para o Futuro São Paulo Regional Analysis Center

2 Onde Estamos Tevatron Run I e o LEP Teoria eletrofraca é testada a um nível n de uma parte em mil Indicação de um Higgs leve Quark top descoberto com massa de 175 GeV Quarks e léptons l não têm estrutura na escala de m Outros Neutrinos possuem massa e oscilam Fábricas de B s B s mostram violação de CP em decaimentos de B 0 Universo parecer ser dominado por matéria escura e energia escura Neutrinos do tau

3 Medidas do Modelo Padrão Vários parâmetros e seus desvios do fit global Massa do Higgs a partir de correções radiativas

4 Por quê a Escala de TeV é Importante É a escala da quebra da simetria eletrofraca Chicago Não sabemos como a massa é gerada cdf Tevatron p DØ p No modelo padrão o mecanismo de Higgs é evocado Antiproton Injetor Recycler

5 Aceleradores

6 Limites da massa do Higgs Massa máxima m e mínima m do Higgs em função da escala Λ em que o Modelo Padrão não é mais válido v

7 Higgs e o Tevatron integrated luminosity (fb -1 ) Higgs Sensitivity Study ('03) SUSY/Higgs Workshop ('98-'99) 5σ discovery 3σ evidence 95% CL exclusion m H (GeV)

8 Futuros Desafios para o LHC Boson de Higgs Padrão Limite do LEP: M H > GeV. Larguras parciais de decaimento são determinadas pelo valor da massa Produção: Fusão de glúons: (gg H) Produção associada: (qq WH) Decaimento M H < 130 GeV Dois fótons Decaimento 130 GeV < M H < 800 GeV Quatro léptons (H ZZ llll)

9 Potencial de Descobrimento do Higgs Boa sensitividade do detector para todo intervalo de massa: De 100 GeV a 1 TeV Em geral háh ao menos 2 canais de decaimento disponíveis Bom desempenho do detector: identificação de b, léptons, fótons resolução de E, separação g / jato, etc. 9

10 Além m do Modelo Padrão Não é (existe) a teoria final: Não conhecemos o setor de quebra de simetria Neutrinos têm massa Matéria escura Por que três gerações? Não inclui a gravidade Deve ser visto como uma teoria efetiva válida v até uma certa escala de massa Nova Dinâmica na Região de 1 TeV Caso o bóson de Higgs leve não exista, deverá necessariamente existir um outro mecanismo responsável pela quebra da simetria eletrofraca. Seu efeito deverá aparecer no acoplamento dos bósons de gauge longitudinalmente polarizados. As amplitudes de espalhamento dessas partículas violarão a unitariedade na região de TeV e alguma nova dinâmica deverá surgir para sanar esse problema. Novos Bósons B de Gauge Modelos de superstring levam naturalmente à existência de novos bósons de gauge W e Z. LHC deve ser sensível a massas de até 5-6 TeV. 10

11 Problema da Hierarquia Divergências quadráticas para a massa do Higgs. Nova simetria que protege o setor escalar: Supersimetria Dimensões extras Gravidade na escala de TeV? (LED) Mecanismos para proteger a escala eletrofraca? (Randall- Sundrum) Nova física f na escala de TeV? (UED)

12 Supersimetria Duplicação do espectro de partículas existentes: Parceiros supersimétricos Férmions são associados a bósons b e vice-versa. versa. Nome Spin Parceiro Spin Elétron 1/2 Selectron 0 Múon 1/2 Smuon 0 Tau 1/2 Stau 0 Neutrino 1/2 Sneutrino 0 Quark 1/2 Squark 0 Nome Spin Parceiro Spin Gráviton 2 Gravitino 3/2 Fóton 1 Photino 1/2 Glúon 1 Gluino 1/2 W +,- 1 Wino +,- 1/2 Z 0 1 Zino 1/2 Higgs 0 Higgsino 1/2 12

13 Supersimetria deve ser quebrada Não encontramos os parceiros supersimétricos com a mesma massa. Não sabemos como essa quebra ocorre Modelo Padrão Supersimétrico Mínimo M (MSSM) Parametrização mais geral possível dos termos de quebra de supersimetria com o conteúdo mínimo de novas partículas Dobra o espectro e introduz mais um dubleto de Higgs. Problemas Apesar de terem sido propostas há mais de 25 anos, não há até o momento nenhuma evidência experimental destas partículas. Há muitos parâmetros livres no MSSM. Alguns modelos de como a quebra de supersimetria é transmitida ao MSSM reduzem consideravelmente esse número de parâmetros: Modelo Sugra: assume que a gravidade seja a responsável pela transmissão da quebra de supersimetria. GMSB: assume que as interações de gauge sejam responsáveis pela transmissão da quebra de supersimetria. 13

14 Superstrings: 10 D Observamos: 4 D Compactificar: : 6 D Como detectar em aceleradores? Na compactificação Estados com E = n/rc Para pequenos Rc Dimensões Extras Grande gap entre estados Para grandes Rc Gap diminui (contínuo) Torre de Kaluza-Klein Klein Podem se manifestar no mundo não-compactificado. 14

15 Alguns Modelos Gravidade na Escala de TeV? (LED) Dimensões extras podem ser grandes (escala de até milímetro) metro) Só a gravidade se propaga nas dimensões extras. Torres de estados de grávitons massivos dariam origem a um momento transversal faltante Nova Métrica? M (Modelo Randall-Sundrum) A escala de compactificação é pequena, sós a gravidade se propaga na dimensão extra Há uma supressão exponencial da escala de Planck, aliviando o problema da hierarquia de escalas e levando a conseqüências fenomenológicas na escala de 1 TeV. Dimensões Extras Universais Todas as partículas do modelo padrão podem se propagar nas dimensões extras, criando estados excitados (torres de Kaluza Klein) para todas as partículas, os quais podem ser observados na escala de 1 TeV.

16 Física de Altas Energias e seus Benefícios Secundários

17 Benefícios Secundários A Física F de Altas Energias é responsável, direta ou indiretamente, por uma série s de importantes avanços tecnológicos

18 Novembro de 1990 World Wide Web e HEP Tim Berners-Lee, físico f e consultor de software do CERN, apresenta o projeto onde eram delineadas as principais fases para a criação do WWW. Implementar um navegador para ser utilizado nas estações de trabalho dos pesquisadores, que pudesse satisfazer às necessidades de acesso à informação dos experimentos de Altas Energias. Estender o alcance desta ferramenta, permitindo aos usuários disponibilizar novas informações para serem acessadas. Utilização do hipertexto como interface para acessar a informação armazenada (relatórios, anotações, bancos de dados, documentação) e fornecer ajuda on-line. Propõe a implementação de um esquema para incorporar vários servidores de armazenamento de informação do CERN, permitindo acesso à informação dos experimentos.

19 Terapia de Nêutrons Mais de 3000 pacientes foram tratados no Neutron Therapy Facility (NTF) desde sua inauguração em setembro de Nêutrons são mais efetivos para eliminar tumores que as terapias convencionais de radiação. Probabilidade de cura depende do tipo de células no tumor, do tamanho do tumor, se houve metastasis, etc. 19

20 Outros Benefícios Secundários Construção de magnetos supercondutores que permitiram o desenvolvimento dos aparelhos de Ressonância Magnética. Desenvolvimento de circuitos integrados avançados ados e instrumentos de aquisição e processamento de dados. Utilização de técnicas t e aparatos inovadores que posteriormente vieram a ser tornar padrão tais como as fibras ópticas. O desenvolvimento dos Grids deverão se espalhar para outras áreas da ciência e da sociedade

21 Características da Física F de Altas Energias Colaborações internacionais com grande número n de pesquisadores de diversos países. Enorme complexidade dos experimentos: aparato físico f (detector), eletrônica e software. Fundamental o trabalho colaborativo entre Físicos, F Engenheiros e Cientistas da Computação, treinados em diferentes especialidades e espalhados ao redor do mundo. Necessita de ferramentas que possibilitem implementar de forma natural e produtiva esse trabalho cooperativo.

22 The DØD Collaboration 18 Países, 82 Instituições e 600 FísicosF

23 The CMS Collaboration

24 Eventos Extremamente Complexos + + H Z( µ µ ) + Z( µ µ ) (+30 minimum bias events) Reconstructed tracks with pt > 25 GeV All charged tracks with pt > 2 GeV

25 LHC: A Era do Exabyte 1 Caracter (letra, número, etc) 1 byte 1/2 Página de Texto 1 KB (Kilobyte) = 10 3 bytes 1 Livro 1 MB (Megabyte) = 10 6 bytes 1 Sinfonia em Alta Fidelidade 1 GB (Gigabyte) = 10 9 bytes 1/20 da Biblioteca do Congresso Americano 1 TB (Terabytes) = bytes 1/10 Toda Informação Existente na Web 1 PB (Petabyte) =10 15 bytes 1/5 Toda Informação Gerada em EB (Exabyte) =10 18 bytes 1 Exabyte de dados Equivalente a 210 milhões de DVD s Pilha de 273 km ~31 Montes Everest

26 Poder Computacional X Network Capacidade dos Transistores dobra a cada 18 meses Banda dobra a cada 9 meses Significa que as redes evoluem 100 vezes mais em 10 anos

27 Solução: Grid Computing

28 Grid Computing

29 Varíola: busca de drogas para controle da varíola é acelerado pelo uso do grid. Enovelamento de Proteínas Humanas (Nov/04) : identificando as proteínas que compõe o Proteoma Humano pode-se buscar tratamento para doenças como o câncer, HIV/AIDS, SARS e malária. FightAIDS@Home (Nov/05) : uso de métodos computacionais para identificar drogas com as características necessárias para bloquear protease do HIV ("Structure-Based Drug Design ). Help Defeat Cancer (Jul/06) exame de tecidos para melhorar o tratamento do câncer através do diagnostico correto e precoce. Enovelamento de Proteínas Humanas 2 (Jun/06) : Objetivos: obter estruturas com maior resolução para proteínas específicas; explorar a capacidade de predição dos softwares.

30 Mamografia Primeiro sinal de câncer de mama: Depósitos de cálcio Algumas dezenas de mícrons 120 MB / exame Poucos especialistas Imagens heterogêneas Grandes bancos de dados

31 Biomedical Informatics Research Network Imagens cerebrais fornecem informação que possibilitam desenvolver terapias para desordens neurológicas gicas: Esclerose múltiplam Esquizofrenia Alzheimer Parkinson Colaboração de dezenas de laboratórios rios Amostragem de grandes populações 400 TB de dados: mais imagens com maior resolução

32 National Virtual Observatory Ferramentas para localizar, acessar e analisar dados astronômicos de um catálogo universal e comparar modelos teóricos com as observações dos telescópios. 2008: 10 PB/ano Mudança de Escala Mudança de Tema Óptico Raio X

33 Fluxo Turbulento Fluxo turbulento ocorre para altos números n de Reynolds (força a inercial >> força a viscosa): redemoinhos, vórtices, v etc R e = : melhor cálculo c executado até hoje Mare Nostrum (5º do mundo) processadores Capela da Torre Girona Output: 25 TB de dados Capilla de la Torre Girona

34 Genômica e Proteômica Proteinas Responsáveis pelas funções vitais Função biológica é determinada pela estrutura 3D (enovelamento) Estrutura é estabelecida por comparação das cadeias disponíveis nos bancos de dados. Protein Data Bank estruturas 3D 300 PC s/um ano Encyclopedia of Life Catálogo do proteoma completo de todas as espécies vivas.

35 Química Combinatória Método rápido e barato de sintetizar um grande número de moléculas com propriedades desejadas: Fármacos Catalisadores Polímeros Novos materiais Pigmentos Defensivos agrícolas. Split & Mix: 3 X n reações 3 n compostos Triagem de desempenho Identificação do componente ativo

36 E Muito Mais... Simulação de Terremotos e da Dinâmica Geológica Pesquisas de Clima Desenho de Superfícies Aerodinâmicas e Aeronaves Rastreamento de asteróides

37 De volta a HEP: LHC Computing Grid 177 sites 31 países CPU s TB disco

38 EUA: Open Science Grid 85 sites 5 países CPU s 175 TB disco

39 Estrutura Hierárquica rquica

40 : Uma Tier 2 em São Paulo

41 São Paulo Regional Analysis Center O Grupo Sérgio Novaes - Professor Eduardo Gregores - Professor Sérgio Lietti Pos-doc Pedro Mercadante Pos-doc Rogerio Iope - System Manager Marco Dias - System Manager Thiago Tomei - Doutorado Angelo Santos - Mestrado Eduardo Bach - IC Flávia Dias IC Tiago Costa IC Matheus Bedendo IC Caio Lagana -IC João Marques Outreach DØ Experiment (desde 1999) Cluster 90 Dual/Duo Xeon (240 processors) Computing Power: 300 ksi2k Storage Capacity : 20 TB Network Connection Direct Gigabit connection with USA Direct Gigabit connection with Rio Grid Computing Distributed Organization for Scientific Analysis and Research (DOSAR) site Open Science Grid member site Operando como uma CMS Tier2 CMS Experiment (desde 2005)

42 Fase 1 (2004) Fase 2 (2005) Fase 3 (2006) N. de CPUs Power (KSi2k) MSS (TB) Sérgio Novaes Eduardo Gregores Sérgio Lietti Pedro Mercadante Rogério Iope

43 Tráfego UNESP X UNESP 20/Mar/2007

44 Projetos Paralelos do 44

45 45

48 GridUnesp 48

49 Links Interessantes : Fermilab: CDF: DØ: CERN: ATLAS: CMS: Nature: Nature Insight: The Large Hadron Collider Cursos: Learning Center: Divulgação Científica: Estrutura Elementar da Matéria: GridUNESP