joão torres if - ufrj
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À procura do infinitamente pequeno. João Torres IF - UFRJ. Universo. Universo (observado). partículas. peixinho de aquário. Everest. átomos. diâmetro da Via-Láctea. baleias. Terra - Sol. 0.01 = 10 -2. 1000 = 10 3. Ciência fundamental. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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À procura do infinitamente pequeno
![Page 2: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/2.jpg)
Universo
partículas
átomos
peixinhode aquário
baleias
Everest
0.01 = 10-21000 = 103
Terra - Sol
Universo (observado)
diâmetro daVia-Láctea
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Ciência fundamental
Estuda as profundezas da estrutura da matéria
A natureza do espaço e do tempo
A origem, evolução e o destino do Universo
Cosmologia
Física de Partículas
![Page 4: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/4.jpg)
Qual a resposta da ciência contemporânea ?
Como esta resposta é construída ?
modelo padrão
O que é a matéria?
teoriafundamentos experim.
introdução histórica
tecnologiaquestões atuais
sociologia
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Por que estudar as partículas?
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Porque tudo é feito delas: estrelas, árvores,pessoas, água...
Porque o estudo das partículas nos revelacomo o universo funciona...
Porque sempre se pode descobrir coisas inesperadas que nem sequer desconfiamos...
Porque procurar partículas é divertido e interessante...
![Page 7: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/7.jpg)
Filósofos gregos
Átomo
Elemento unificadorRealidade última é distinta da realidade aparente
Relações matemáticas na natureza
Na realidade não sabemos de nada, pois a verdade jaz nas profundezas...
Demócrito
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A tabela periódica
Dalton: • Um átomo para cada tipo de elemento• Átomos idênticos
Mendeleyev:(1870)
• Ordem por peso atômico• Propriedades similares em colunas
Preditos três novos elementos: • germânio• gálio• escândio
Triunfo da tabela periódica e da hipótese atômica
Mec. quântica: explicou com detalhes 60 anos depois!
![Page 9: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/9.jpg)
O átomo moderno
Tubo de raios catódicos Thompson, Crookes (1897)
Descoberta do elétron
Início da física de partículas!
Vários modelos para o átomo objeto neutro
Pudim de passas: uma bola de carga positiva com elétrons dentro
![Page 10: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/10.jpg)
Radiação
Descoberta dos raios X Röntgen1896
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![Page 12: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/12.jpg)
radiação
P. Curie, M. Curie, Bequerel1903
fonte amostra radioativa
chumbo
núcleos de hélio
elétronsde descobertas interessantesa ferramentas fundamentais
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Experimento de Rutherford
deflexões pequenas
partículas numa folha fina de ouro
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Experimento de Rutherford
"Foi como se um tiro de arma pesada fosse disparado numa folha de papel e a bala ricocheteasse!"
![Page 15: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/15.jpg)
Experimento de Rutherford
Toda a matéria concentrada no núcleo
Escala: • bola de ping-pong no meio do Maracanã• elétrons circulando nas arquibancadas
Vazio!
Experimento padrão da física de partículas (espalhamento)
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Câmaras de Bolhas
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Realidade das Partículas Elementares
"O fato de se ver uma partícula elementar, ainda que de forma indireta - numa câmara de bolha ou de
nuvens - dá suporte à visão de que as menores unidadesda matéria são objetos físicos reais, existindo no mesmo
sentido que as flores e as pedras o fazem."
Werner Heisenberg, "The Physicist's Conception of Nature"
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Antimatéria
Mecânica quântica + relatividade
duas soluções
Dirac (1930)
Anderson (1934) pósitron
energiamatéria antimatéria+
![Page 20: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/20.jpg)
Antipróton
![Page 21: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/21.jpg)
1960: centenas de novas partículas descobertas laboratórioraios cósmicos
Zoológico de partículas
0
K K 0
propriedades bem definidas
T 10 23 sComo entender?
decaimento
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Modelo Padrão
Toda a matéria é composta de partículas elementares, os quarks e os léptons
As partículas interagem trocando outras partículas
![Page 23: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/23.jpg)
u ud
2
3
1
3
1
0
u dd
próton
neutron
Primeira família
uup
ddown
elétron
neutrino
e
e
![Page 24: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/24.jpg)
Partículas ElementaresQ
uark
s ccharme
ttop
sestranho
bbeleza
Lép
tons
múon
uup
ddown
elétron
neutrino
e
e
tau
neutrino
neutrino
Hhiggs
![Page 25: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/25.jpg)
Onde estavam os quarks?
Experimentos de laboratório
Raios cósmicos
Meteoritos
Rochas do mar
Quarks são objetos matemáticos que não possuem realidade física???
![Page 26: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/26.jpg)
Espalhamento Inelástico Profundo
Versão mais refinada do experimento de Rutheford (SLAC, 1968)
Elétrons incidindo em prótons e neutrons
Dez vezes mais elétrons sendo espalhados em grandes ângulos
Quarks???
![Page 27: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/27.jpg)
Simetrias e Quarks
sistema continua o mesmo após uma transformação
Simetria:
Modelo matemático dos quarks: simetria
Um conjunto de transformações que não modifica o sistema forma uma estrutura conhecida como um grupo
Matemáticos já tinham catalogado os grupos
![Page 28: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/28.jpg)
Será tão fácil assim? Tudo feito de quarks e elétrons?
![Page 29: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/29.jpg)
* *0
* *0 *
0
-1 0 1 2
3
2
1
0ddd udd uud uuu
dds uds uus
dss uss
sss
Ômega
1685
1530
1385
1236
![Page 30: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/30.jpg)
Ômega
31 de Janeiro de 1964
massa: MeV1686 12
31 autores
![Page 31: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/31.jpg)
Modelo Padrão: Interações
Gravidade
Forte
EletromagnéticaFraca
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Interações
glúon
g
fóton
wbóson W bóson Z
Z
eletromagnética
fraca
forte
![Page 33: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/33.jpg)
Interações
gravitacional infinito 10 38 todas
eletromagnetica infinito 10 2carregadas
fraca ~ 10 18 10 13quarks e léptons
forte ~ 10 15 1 quarks e glúons
alcance (m)
intensidade quem sente
![Page 34: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/34.jpg)
Eletromagnética
e e
e e
t
x
e b
be
10115965246 20.
momento magnético
teoria:exp. : 10115965221 04.
![Page 35: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/35.jpg)
Força fraca
n p e ve
uu
d ud
d
W eve
energia do solrelógio fosforescente
![Page 36: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/36.jpg)
Força Forte
Núcleo: resíduo da força entre os quarks
Gluons interagem entre si, além de mediarem a força forte
![Page 37: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/37.jpg)
Quarks: prisão perpétua
![Page 38: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/38.jpg)
Jatos
b
b
e
e
Z
![Page 39: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/39.jpg)
Jatos no laboratório
![Page 40: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/40.jpg)
![Page 41: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/41.jpg)
Vendo o invisível
Comprimento de onda da luz determina o tamanho do objeto que pode ser visto
luz 5 10 7 m
bactéria 10 6 m
moléculas 10 9 m
![Page 42: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/42.jpg)
Super microscópios
![Page 43: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/43.jpg)
LEP
a máquina mais complexa do mundo
![Page 44: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/44.jpg)
Túnel
rádio-freqüênciafocalizador
encurvador
![Page 45: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/45.jpg)
elétron(matéria)
pósitron(antimatéria)
![Page 46: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/46.jpg)
opalAleph
![Page 47: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/47.jpg)
O que se mede diretamente
• posições sucessivas das partículas (trajetórias)
• energia
• momentum
• carga
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Esquema de um detetor
magneto
tracking
calorimetro hadronico.calorimetro em.
câmaras de múons
![Page 49: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/49.jpg)
fótons
Partículas nos sub-detetores
tracking cal. em. cal. had.câmaras de múons
![Page 50: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/50.jpg)
Tecnologia associada
Eletrônica rápida
Engenharia mecânica
Engenharia elétrica
Alto vácuoQuímica de gases
Baixas temperaturas
Supercondutividade
![Page 51: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/51.jpg)
Computadores
Simulação dos detetores e da análise dos dados
Aquisição dos dados on line
Reconstrução das trajetórias das partículas
Estudos estatísticos dos dados
Redes Internet (WWW)
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Sociologia
Experimentos: de 100 - 500 físicos
Vários países, muitas instituições
Meritocracia
Consenso nos resultados científicos
Competição X colaboração
![Page 53: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/53.jpg)
Questões em aberto
Higgs
Matéria X Antimatéria
Grande unificação
Os quarks e os léptons tem subestrutura?
Muitos experimentos em andamento e planejados!
![Page 54: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/54.jpg)
Como achar um quark?
![Page 55: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/55.jpg)
?"É que Deus sabe: no dia em que dele comerdes, vossos olhos se abrirão e sereis como deuses, conhecedores do bem e do mal." Gn 3,5
![Page 56: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/56.jpg)
Referências
• The Search for Infinity, G. Fraser, E. Lillestol, I. Sellevag
• The Hunting of the Quark, M. Riordan
• The Experimental Foundations of Particle Physics, R. Cahn, G. Goldhaber
• aventuradasparticulas.ift.unesp.br
• www.cern.ch
• www.fnal.gov
![Page 57: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/57.jpg)
Ah que medo de começar e ainda nem sequer sei o nome da moça. Sem falar que a história me desespera por ser simples demais. O que me proponho contar parece fácil e à mão de todos. Mas a sua elaboração é muito difícil. Pois tenho que tornar nítido o que está quase apagado e que mal vejo. Com mãos de dedos duros enlameados apalpar o invisível na própria lama.
A hora da estrela, Clarisse Lispector
![Page 58: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/58.jpg)
![Page 59: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/59.jpg)
Gota d’água
![Page 60: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/60.jpg)
Gosto da gota d’agua que se equilibrana folha rasa, tremendo ao vento.Todo o universo, no oceano do ar, secreto vibra:e ela resiste, no isolamento.Seu cristal simples reprime a forma, no instante incerto:pronto a cair, pronto a ficar - límpido e exato.E a folha é um pequeno desertopara a imensidade do ato.
Cecília MeirelesViagem
Epigrama n.o 5
![Page 61: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/61.jpg)
![Page 62: João Torres IF - UFRJ](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022062321/5681341f550346895d9b0a76/html5/thumbnails/62.jpg)