Partículas elementais e a orixe do Universo
-
Upload
noelle-mcdowell -
Category
Documents
-
view
48 -
download
9
description
Transcript of Partículas elementais e a orixe do Universo
![Page 1: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/1.jpg)
Partículas elementais e a orixe do Universo
Jaime Álvarez Muñiz e Carlos Pajares Vales - Depto. Física de Partículas, USC
Ciencias para o Mundo Contemporáneo
![Page 2: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/2.jpg)
¿De qué está feito o mundo que nos rodea?
¿Cómo se mantén unido?
Dúas preguntas fundamentais:
![Page 3: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/3.jpg)
¿De qué está feita a materia ?
1 1/2 1/22 1/23 1/24
1/25 1/26 1/27 1/28 1/29
1/210 1/211 1/212 1/213 1/214
Se facemos esto mismo otras 70 veces !! chegaremos a conseguir UN ÁTOMO.
Collamos un trozo de materia, por exemplo…
16384 trociños
CHOCOLATE
![Page 4: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/4.jpg)
Helio (He)
Neon (Ne)
Todos os átomos teñen un núcleo con carga positiva, e electróns con carga negativa orbitando ó seu arredor.
O átomo pódese dividir !
![Page 5: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/5.jpg)
Evidencia de subestructura no átomo
(Rutherford 1911)
Partículas alpha (carga positiva)
Pero… ¿e o núcleo?, ¿es indivisible ?
1 Angström =10-10
m
![Page 6: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/6.jpg)
O núcleo se pode dividir !
O núcleo atómico contén protóns de carga positiva e neutróns sen carga.
10-14
m
Pero… ¿e os protóns e neutróns?,
¿son indivisibles ?
![Page 7: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/7.jpg)
u
d
u
u
dd
Protón
Neutrón
Pois non…os protóns e neutróns tamén se
poden dividir !
1 fermi = 10-15
m
Neutróns e protóns conteñen “quarks” up e down
Pero… ¿e os quarks?, ¿tamén se poden dividir?
![Page 8: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/8.jpg)
<10-18
m
? Non hai evidencia experimental
Pero… ¿e os quarks?,
¿tamén se poden dividir?
u
d d
¿E os electróns?, ¿se poden dividir?
Hai evidencia experimental de que non…
![Page 9: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/9.jpg)
QuarksNeutrónElectrón ProtónÁtomo
…hoxe sabemos que a materia está feita de átomos, os átomos están feitos de protóns, neutróns e electróns, os protóns e neutróns están feitos de quarks e éstos, a súa vez, ó igual que os electróns, pode (ou non) que estean feitos de partículas incluso MÁIS elementais...
En resumo…
NUCLEÓN ~ 10-15 mNÚCLEO ~ 10-14 mÁTOMO ~ 10-10 m QUARKS
![Page 10: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/10.jpg)
Outra partícula elemental: o fotón
O efecto fotoeléctrico:
Un raio de “luz” pode arrancar electróns da materia porque a
“luz” está formada por partículas chamadas fotóns
Luz incidente Electróns arrancados
Einstein (1905)
![Page 11: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/11.jpg)
Ademáis da materia existe a antimateria
+ =
1 gramo demateria
1 gramo deantimateria
Liberan una enerxía
equivalente á da explosión dunha bomba atómica
E = mc2
![Page 12: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/12.jpg)
A antimateria prodúcese en aceleradores de partículas…
mais non hai perigo !!
Se collemos toda a antimateria producida nos aceleradores nun ano e a
desintegramos contra materia, a enerxía liberada só chegaría para quentar
unha taza de café
![Page 13: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/13.jpg)
¿Qué mantén unida á materia?
Existen 4 forzas fundamentais na Naturaleza:
Gravitatoria
Electromagnética
Forte
Feble
As interaccións entre partículas se producen por intercambio de outras partículas elementais.
![Page 14: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/14.jpg)
Experimentos en Física de Partículas
![Page 15: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/15.jpg)
Dous pasos básicos
1ª Atopar unha fonte de partículas, aceleralas ata que alcancen grandes enerxías e facelas chocar entre elas ou contra un branco.
2ª Estudiar as novas partículas resultantes desas colisións en detectores e extraer conclusións acerca do interior da materia.
![Page 16: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/16.jpg)
É como nunha radiografía…
Bombardeamos partículas (fotóns = raios X) contra un
branco (o corpo humano) e do que observamos no detector (a
radiografía) sacamos conclusións acerca do que hai
no interior…
![Page 17: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/17.jpg)
Exemplo dun acelerador de partículas: a TV
No tubo dunha TV aceléranse electróns que ó chocar contra a pantalla da TV producen a imaxe que vemos.
! Un acelerador de partículas na miña propia casa !
![Page 18: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/18.jpg)
Aceleradores de partículas no mundo
3.2 km
SLAC (EEUU)
![Page 19: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/19.jpg)
O CERN (Suiza)
27 km de circunferencia !!
![Page 20: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/20.jpg)
CERN: Centre Europeene pour la Recherche Nucleaire
100 m
LHC Large Hadron Collider (2008 - )
![Page 21: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/21.jpg)
Colisóns protón-protón no acelerador LHC
http://cdsweb.cern.ch/record/1125472
![Page 22: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/22.jpg)
Exemplo dun detector de partículas
Detector ALICE no acelerador LHC do CERN
![Page 23: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/23.jpg)
A orixe do Universo
![Page 24: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/24.jpg)
O descubrimento de HubbleNo ano 1929 o astrónomo estadounidense Edwin Hubble fixo un dos descubrimentos máis importantes do século XX
Hubble observou que as galaxias no ceo non estaban quietas, polo contrario se moven e de feito aléxanse unhas das outras !!
![Page 25: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/25.jpg)
A expansión do UniversoAs galaxias se alexan unhas das outras porque o Universo se está expandindo a medida que o tempo pasa, e arrastra ás galaxias consigo na súa expansión.
Imaxina un globo no que pintamos puntos que representan as galaxias e o inflamos
![Page 26: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/26.jpg)
O “Big Bang”
Big Bang
Tempo
Se vamos hacia atrás no tempo, no pasado as galaxias estiveron máis xuntas, e o Universo era máis pequeno.
Chegaríamos así a un instante no tempo no que toda a masa, a enerxía, e o espacio do Universo están concentrados nun punto de densidade enorme… a orixe do Universo, o Big Bang ou Gran Explosión.
É debido ó Big Bang que o Universo está todavía expandíndose.
O Big Bang ocorreu fai ~ 13.700 millóns de anos !!
![Page 27: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/27.jpg)
A historia do Universo• O Big Bang é o comezo do espacio e o tempo,
antes non había nin espacio, nin sequera ten sentido falar dun “antes”…
• A temperatura é a densidade de enerxía eran enormes. A medida que se expande o Universo vaise enfriando.
![Page 28: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/28.jpg)
A historia do Universo
![Page 29: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/29.jpg)
A historia do Universo
• A enerxía convértese en materia en virtude da ecuación de Einstein E=mc2
• Deste xeito aparecen primeiro as partículas elementais, que despois se agruparían formando átomos, que a súa vez forman estrelas, planetas, e finalmente aparece a vida.
![Page 30: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/30.jpg)
A historia do Universo
![Page 31: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/31.jpg)
A historia do Universo• A vida evoluciona e aparece o ser
humano. A súa intelixencia lle leva a preguntarse pola orixe do Universo…
![Page 32: Partículas elementais e a orixe do Universo](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022062301/5681339f550346895d9ab4cd/html5/thumbnails/32.jpg)
A orixe do Universo e a Física de Partículas
• Os físicos de partículas crean mini-Big Bangs nos aceleradores, reproducindo as condicións de extrema densidade e temperatura do Universo fai miles de millóns de anos…
http://hands-on-cern.physto.se/ani/acc_lhc_atlas/lhc_atlas.swf