A teoria de quase tudo. Gláuber Carvalho Dorsch
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1 A teoria de quase tudo Gláuber Carvalho Dorsch Parque Botânico da Vale 10 de Março de 2019
2 O Modelo Padrão da Física de Partículas: Uma teoria de quase tudo
3 O Modelo Padrão da Física de Partículas: Uma teoria de quase tudo
4 O Modelo Padrão da Física de Partículas: Uma teoria de quase tudo
5 O Modelo Padrão da Física de Partículas: Uma teoria de quase tudo
6 O Modelo Padrão da Física de Partículas: Uma teoria de quase tudo
7 O Modelo Padrão da Física de Partículas: Uma teoria de quase tudo
8 O Modelo Padrão da Física de Partículas: Uma teoria de quase tudo
9 O Modelo Padrão da Física de Partículas: Uma teoria de quase tudo
10 O Modelo Padrão da Física de Partículas: Uma teoria de quase tudo
11 Do que é constituída a matéria? Tales de Mileto (ca AC) Pioneiro da filosofia ocidental
12 Do que é constituída a matéria? Mitologia do Oriente-Médio Tales de Mileto (ca AC) Babilônia Enuma Elish Mundo criado pelo encontro de Apsu (águas doces) e Tiamat (águas salgadas) Pioneiro da filosofia ocidental
13 Do que é constituída a matéria? Mitologia do Oriente-Médio Tales de Mileto (ca AC) Babilônia Enuma Elish Mundo criado pelo encontro de Apsu (águas doces) e Tiamat (águas salgadas) Pioneiro da filosofia ocidental Israel Genesis 1:2... e o espírito de Deus pairava sobre as águas.
14 Do que é constituída a matéria? Mitologia do Oriente-Médio Tales de Mileto (ca AC) Babilônia Enuma Elish Mundo criado pelo encontro de Apsu (águas doces) e Tiamat (águas salgadas) Israel Genesis 1:2... e o espírito de Deus pairava sobre as águas. Pioneiro da filosofia ocidental Anaximandro (apeiron), Anaxímenes (ar), Heráclito (fogo)...
15 Do que é constituída a matéria? Doutrina dos Quatro Elementos Empédocles ( A.C.) Aristóteles ( A.C.)
16 Do que é constituída a matéria? Doutrina dos Quatro Elementos Empédocles ( A.C.) Aristóteles ( A.C.) Atomismo (á-tomo = indivisível) O atomismo grego é mecanicista. Leucipo (séc. V A.C.) Demócrito ( A.C.) Por convenção há cor, Por convenção há doce, Por convenção há amargo, Mas na realidade há átomos e espaço.
17 A matéria é composta de átomos Triunfo do atomismo a partir do século XIX. Evidências incluem: Lei das Proporções em Química Por ex. Lei de Proust: Substâncias puras contêm sempre os mesmos elementos combinados na mesma proporção em massa. gás cloro gás hidrogênio ácido clorídrico 71 g + 2 g Ñ 73 g 142 g + 4 g Ñ 146 g
18 A matéria é composta de átomos Triunfo do atomismo a partir do século XIX. Evidências incluem: Lei das Proporções em Química Por ex. Lei de Proust: Substâncias puras contêm sempre os mesmos elementos combinados na mesma proporção em massa. gás cloro gás hidrogênio ácido clorídrico 71 g + 2 g Ñ 73 g 142 g + 4 g Ñ 146 g 150 g + 4 g Ñ
19 A matéria é composta de átomos Triunfo do atomismo a partir do século XIX. Evidências incluem: Lei das Proporções em Química Por ex. Lei de Proust: Substâncias puras contêm sempre os mesmos elementos combinados na mesma proporção em massa. gás cloro gás hidrogênio ácido clorídrico gás cloro 71 g + 2 g Ñ 73 g 142 g + 4 g Ñ 146 g 150 g + 4 g Ñ 146 g + 8 g
20 A matéria é composta de átomos Triunfo do atomismo a partir do século XIX. Evidências incluem: Lei das Proporções em Química Por ex. Lei de Proust: Substâncias puras contêm sempre os mesmos elementos combinados na mesma proporção em massa. gás cloro gás hidrogênio ácido clorídrico gás cloro 71 g + 2 g Ñ 73 g 142 g + 4 g Ñ 146 g 150 g + 4 g Ñ 146 g + 8 g + Ñ 2
21 A matéria é composta de átomos Triunfo do atomismo a partir do século XIX. Evidências incluem: Lei das Proporções em Química Teoria Cinética dos Gases Pode-se deduzir as propriedades e leis dos gases assumindo serem constituídos de corpúsculos em movimento. T «energia devido ao movimento das partículas P «força sobre as paredes devido a colisões das partículas P V 9 T
22 A matéria é composta de átomos Triunfo do atomismo a partir do século XIX. Evidências incluem: Lei das Proporções em Química Teoria Cinética dos Gases Movimento Browniano
23 A matéria é composta de átomos Triunfo do atomismo a partir do século XIX. Evidências incluem: Lei das Proporções em Química Teoria Cinética dos Gases Movimento Browniano Einstein (1905): colisões das moléculas do líquido com as partículas de gordura.
24 A estrutura atômica: dividindo o indivisível
25 Os elétrons Em 1897 Thompson mostrou que os raios catódicos são formados por partículas de massa 2000 vezes menor que o átomo mais leve. As propriedades da partícula independiam do material do cátodo. Descobriu-se, assim, a primeira partícula subatômica: o elétron.
26 Os elétrons Em 1897 Thompson mostrou que os raios catódicos são formados por partículas de massa 2000 vezes menor que o átomo mais leve. As propriedades da partícula independiam do material do cátodo. Descobriu-se, assim, a primeira partícula subatômica: o elétron. Uma corrente elétrica é um fluxo de elétrons!
27 Os elétrons Os elétrons possuem carga elétrica. Nunca andam sozinhos! Estão sempre acompanhados de fótons. γ e
28 Os elétrons Os elétrons possuem carga elétrica. Nunca andam sozinhos! Estão sempre acompanhados de fótons. γ e etc...
29 Os elétrons Os elétrons possuem carga elétrica. Nunca andam sozinhos! Estão sempre acompanhados de fótons. γ e etc... Cargas elétricas conversam entre si (interagem) através da troca de fótons. O fóton é a partícula mediadora da interação eletromagnética. Richard Feynman, QED: A estranha teoria da luz e da matéria
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31 O núcleo atômico Modelo atômico de Thompson Thompson mostrou que dentro dos átomos há elétrons.
32 O núcleo atômico Modelo atômico de Thompson Thompson mostrou que dentro dos átomos há elétrons. O experimento de Rutherford (1911)
33 O núcleo atômico Modelo atômico de Thompson Thompson mostrou que dentro dos átomos há elétrons. O experimento de Rutherford (1911) Aprox. 1 em cada 8000 partículas incidentes rebatiam. Em 1932, Chadwick descobriu que o núcleo atômico é composto de prótons e nêutrons.
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35 Decaimentos radioativos: o início da Física Nuclear
36 Decaimento radioativo: início da Física Nuclear No início do séc. XX, sabia-se que vários núcleos atômicos apresentam decaimentos do tipo: nêutron Ñ próton ` elétron... ppor ex C Ñ 14 7 N ` e...q
37 Decaimento radioativo: início da Física Nuclear No início do séc. XX, sabia-se que vários núcleos atômicos apresentam decaimentos do tipo: nêutron Ñ próton ` elétron... ppor ex C Ñ 14 7 N ` e...q Mas o espectro contínuo do e violava conservação de energia-momento...
38 Decaimento radioativo: início da Física Nuclear No início do séc. XX, sabia-se que vários núcleos atômicos apresentam decaimentos do tipo: nêutron Ñ próton ` elétron... ppor ex C Ñ 14 7 N ` e...q Mas o espectro contínuo do e conservação de energia-momento... violava Em 1930 Pauli sugeriu que a reação correta seria n Ñ p ` e ` ν e lomon neutrino leve, neutro difícil detectar O neutrino rouba parte da energia do elétron. Primeira detecção direta de neutrinos foi em 1956! Partícula predita pela teoria!
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40 A interação fraca O decaimento radioativo não é de origem eletromagnética (não é devido a uma troca de fótons). Fermi (1933)
41 A interação fraca O decaimento radioativo não é de origem eletromagnética (não é devido a uma troca de fótons). ÝÑ Fermi (1933) Glashow, Weinberg e Salam (1968)
42 A interação fraca O decaimento radioativo não é de origem eletromagnética (não é devido a uma troca de fótons). ÝÑ Fermi (1933) Glashow, Weinberg e Salam (1968) W e Z mediadores da interação fraca. Curto alcance (r 1% r próton ) M W,Z 100 M próton. Detectados em 1983: Super Proton Synchroton, CERN
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44 Dentro do núcleo atômico...
45 Quarks e a interação nuclear forte Nos anos 1950 e 60 o experimento de Rutherford foi repetido a mais altas energias, revelando que prótons e nêutrons possuem uma sub-estrutura. Constituídos dos chamados quarks Prótons e nêutrons são formados por quarks up (q 2{3) e down (q 1{3).
46 Quarks e a interação nuclear forte Nos anos 1950 e 60 o experimento de Rutherford foi repetido a mais altas energias, revelando que prótons e nêutrons possuem uma sub-estrutura. Constituídos dos chamados quarks Prótons e nêutrons são formados por quarks up (q 2{3) e down (q 1{3). Quarks possuem outra propriedade (outro tipo de carga), chamada cor. A interação associada à cor é chamada interação forte, mediada por gluons.
47 Quarks e a interação nuclear forte Nos anos 1950 e 60 o experimento de Rutherford foi repetido a mais altas energias, revelando que prótons e nêutrons possuem uma sub-estrutura. Constituídos dos chamados quarks Prótons e nêutrons são formados por quarks up (q 2{3) e down (q 1{3). Quarks possuem outra propriedade (outro tipo de carga), chamada cor. A interação associada à cor é chamada interação forte, mediada por gluons. Quarks não podem ser observados isoladamente (confinamento de cor): E mc 2 A dinâmica de quarks e gluons é descrita pela Cromodinâmica Quântica.
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49 O bóson de Higgs
50 O bóson de Higgs e o LHC De onde vêm as massas das partículas elementares? É fundamental que venham da interação com alguma partícula. Essa partícula é o bóson de Higgs, prevista em Robert Brout François Englert Peter Higgs ( ) (1932 ) (1929 )
51 O bóson de Higgs e o LHC De onde vêm as massas das partículas elementares? É fundamental que venham da interação com alguma partícula. Essa partícula é o bóson de Higgs, prevista em LHC está operativo desde Acelerador e colisor de prótons. Custo total «e3.9 bi.
52 A descoberta do bóson de Higgs Em 04 de Julho de 2012, os esforços foram recompensados. Events / 2 GeV ATLAS Data Sig+Bkg Fit (m =126.5 GeV) H Bkg (4th order polynomial) s=7 TeV, Ldt=4.8fb 1 s=8 TeV, Ldt=5.9fb H γγ Events Bkg m γγ [GeV]
53 A descoberta do bóson de Higgs Em 04 de Julho de 2012, os esforços foram recompensados. Events / 2 GeV ATLAS Data Sig+Bkg Fit (m =126.5 GeV) H Bkg (4th order polynomial) s=7 TeV, Ldt=4.8fb 1 s=8 TeV, Ldt=5.9fb H γγ Events Bkg m γγ [GeV] O Modelo Padrão de Física de Partículas estava, então, completo.
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56 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo)... a exp e p28q a teoria e
57 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo)... a exp e p28q a teoria e 0.
58 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo)... a exp e p28q a teoria e 0.0
59 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo)... a exp e p28q a teoria e 0.00
60 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo)... a exp e p28q a teoria e 0.001
61 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo)... a exp e p28q a teoria e
62 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo)... a exp e p28q a teoria e
63 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo)... a exp e p28q a teoria e
64 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo)... a exp e p28q a teoria e
65 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo)... a exp e p28q a teoria e
66 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo)... a exp e p28q a teoria e
67 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo)... a exp e p28q a teoria e
68 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo)... a exp e p28q a teoria e
69 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo)... a exp e p28q a teoria e
70 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo)... a exp e p28q a teoria e p764q É como dizer a distância Vitória São Paulo com a precisão de um fio de cabelo!
71 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo) mas muitos problemas permanecem em aberto. O Problema da Hierarquia: por quê a gravidade é tão mais fraca que as demais interações?
72 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo) mas muitos problemas permanecem em aberto. O Problema da Hierarquia: por quê a gravidade é tão mais fraca que as demais interações? Por quê três gerações? Por quê massas hierarquizadas? Massa do quark (GeV) u d s c b t
73 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo) mas muitos problemas permanecem em aberto. O Problema da Hierarquia: por quê a gravidade é tão mais fraca que as demais interações? Por quê três gerações? Por quê massas hierarquizadas? Por quê há mais matéria do que anti-matéria no Universo?
74 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo) mas muitos problemas permanecem em aberto. O Problema da Hierarquia: por quê a gravidade é tão mais fraca que as demais interações? Por quê três gerações? Por quê massas hierarquizadas? Por quê há mais matéria do que anti-matéria no Universo? Do que são constituídas a Matéria e Energia escuras?
75 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo) mas muitos problemas permanecem em aberto. O Problema da Hierarquia: por quê a gravidade é tão mais fraca que as demais interações? Por quê três gerações? Por quê massas hierarquizadas? Por quê há mais matéria do que anti-matéria no Universo? Do que são constituídas a Matéria e Energia escuras? Gravitação Quântica? (Teoria de Cordas?)
76 Desafios e problemas em aberto O Modelo Padrão explica quase tudo sobre a matéria que nos rodeia e faz previsões extremamente precisas (ex. momento magnético anômalo) mas muitos problemas permanecem em aberto. O Problema da Hierarquia: por quê a gravidade é tão mais fraca que as demais interações? Por quê três gerações? Por quê massas hierarquizadas? Por quê há mais matéria do que anti-matéria no Universo? Do que são constituídas a Matéria e Energia escuras? Gravitação Quântica? (Teoria de Cordas?) Ainda há muito a ser explorado sobre o Universo! Muitas descobertas excitantes por vir!
Do que é constituída a Matéria?
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