Ciencia

con chocolateChocolatería

Valor, Madrid, 8 abril

2014

J. Julve

En los límites de la experimentación

Más allá del “bosón de Higgs”

El “bosón de Higgs”

Peter Higgs

Leon Lederman

Partícula de Dios ?

3

Una excursión por el macro y el microcosmos

… un paseo por las Potencias de 10 :

1025

metros º

radio del universo visible ………………1015

metros = 1 y 15 ceros º

1 año luz………………..106

metros = 1.000.000 metros (1 megametro)……………………103 metros = 1.000 metros (1 kilómetro)102

metros = 100 metros (1 hectómetro)101

metros = 10 metros (1 decametro)100

metros = 1 METRO10-1

metros = 0,1 metros (1 decímetro)10-2 metros = 0,01 metros (1 centímetro)10-3

metros = 0,001 metros (1 milímetro)………………….10-6

metros = 0,000001 metros (1 micrometro)………………….10-9

metros = 0,000000001 metros (1 nanometro)………………….10-12

metros = 0, once ceros 1

metros (1 picometro)………………….10-15

metros º

tamaño del protón = 1 fermi………………….10-35

metros

= Longitud de Planck

Mesocosmos

Macrocosmos

Microcosmos

4

Ver el MicrocosmosLos micrbios

aún se pueden VER con los ojos con ayuda del microscopio ordinario

Los virus, con el microscopio electrónico, pero la imagen en una pantalla

Los átomos: -

“Palparlos”

con el Microscopio de efecto túnel(imagen elaborada con ordenador)

-

Dispararles “proyectiles”

(fotones, electrones) con Aceleradores de partículasy estudiar cómo rebotan

Partículas subatómicas: con Aceleradores de partículas, hacerlas chocar entre ellas observar los productos del choque

Para ver lo más pequeño, aparatos cada vez más grandes

5

Los átomos en bajorelieve

(Ni)

Microscopio de efecto túnel

6

Los átomos son muy, muy pequeños

El Número de Avogadro: N = 6,023 x 1023

moléculas / mol (1 mol de H2

O son 18 g de agua)

7

Materia, fuerzas y partículas mediadoras: Modelo Standard de las partículas elementales

Fermiones: espín semi-enteroPrincipio de exclusión de Pauli

Bosones: espín enteroCondensación de Bose-Einstein

….. y el Bosón

de Higgs

H (mH

> 100 GeV)

Mundo subatómico

8

Trazas visibles de partículas subatómicascl

t 02 t

cv

t

2

2

1t t

cv

t

2

2

1t

Cámara de burbujas de H2

líquido

Leptones

Hadrones Hadrones

9

Aceleradores de proyectilesAceleradores de partículas subatómicas

Centre Européen

pour

la Recherche

Nucléaire( CERN ) en Ginevra

Otros aceleradores:SLAC (California, USA)FERMILAB (Chicago, USA)DESY (Hamburg, Alemania.)DUBNA (Sherpukov, Rusia)

Large

Hadron

Collider

(LHC) 2008

Large

Electron-Positron

(LEP) 1995

10

Aceleradores y detectores de partículas

Túnel, tubo de vacíoe imanes decurvatura del LEP

Detector DELPHI

ALEPH

Large

Electron

–

Positron

collider

(Ginebra, 1995-2005)

11

Producción de bosones W

y Z0

Vida mucho más corta:Se ven solo los productos de

su desintegración

Carlo Rubbia Simon van der

Meer

CERN 1983

12

Aceleradores y detectores de partículasLarge

Hadron

Collider Detector CMS

13

H →

g g

Cómo se ve el Higgs

14

Modelo Standard de las partículas elementales

Enrico Fermi

Satyendra

Nath

Bose

Peter Higgs

Fermiones: Spin

s = ½, 3/2, …Bosones:

Spin

s = 0,1,2, ...

15

Características físicas de las partículas elementales

H125 GeV/c2

0

0

Higgs

boson

16

Partícula de Dios ?

Tiene un papel central en el Modelo Standard

“Da la masa”

a las demás partículas (salvo a las de masa nula)

Rotura espontánea de la simetría local SU(2)xU(1)

Mecanismo de Higgs

Escapa a la clasificación “materia”

–

“fuerzas”

Probablemente tiene que ver con misterios cosmológicos relacionados con la expansión acelerada del universo

17

…. Y al fin, lo hemos encontrado !

¿La plenitud de los tiempos,o al menos la de la Ciencia?

( en la “Hipótesis reduccionista”)

18

Siempre nuevas preguntas

Encontrado el Higgs,

Asignados los premios Nobel

Trabajo terminado, todos a casa?

Hay algo más allá

del Modelo Estándar?

El Modelo Estándar es un paso hacia la “Teoría Final”

El Modelo es completo?

Es posible pensar alcanzar una TOE?

19

La tentación

NLaplace

Lord Kelvin

Et Dieu

? Sire, je n'ai pas eu besoinde cette

hypothèse

A falta de detalles menores, la Fisica

estapracticamente

acabada y solo queda latarea de medir con precision

crecientelas constantes universales.

20

Una “Teoría Final” o “Teoría de Todo” (TOE)

…. debería :

- Depender de una sola constante universal - Empírica-

Deducible de propiedades matemáticas

- Ser capaz de predecir el resultado de todo experimento u observación -

Posible o imaginable -

Ahora y en el futuro

- Estar formulada sobre un formalismo matemático -

Consistente -

Posiblemente cerrado

O sea, ser COMPLETA,pero COMPLETA DE VERDAD:

-

O sea explicarse también a sí

misma

21

El nuevo paradigmaHawking Weinberg Witten

La TOE al alcance de la mano

Reduccionismo a ultranza Líder de las Teorías de Cuerdas

Modelo Estándar

Teorías de Gran Unificación(GUTs)

Gran Unificación Supersimétrica(SUSY GUTs)

Supergravedad(SUGRA)

Teorias

de Cuerdas(String

Theory)

Experimentalmente verificado

Todo y más

Incluye la gravedadDimensiones extra

Partículas supersimétricas

Nuevas partículas.Desintegración del Protón

TOE?Landscape

22

Epiciclos

23

Incompletitud de la lógica

Kurt Gödel

1931

“

En los sistemas formales que tenganal menos la complejidad de la aritmética,existen siempre proposiciones dotadas de sentidocuya veracidad o falsedad no se puede decidircon los axiomas y reglas del sistema”

24

Proposiciones gödelianas

Paradoja del mentiroso:

“Esta frase es falsa”

“Esta proposición no es demostrable”

Sancho en la Ínsula:

“A mí

me ahorcarán”

Auto-referentes

El escéptico:

“

Estoy completamente seguro de que en esta vida no hay certidumbres”

25

Misterios en la aritmética

Aleatoriedad de la distribución de los números primos

Conjetura de Goldbach fuerte: (1742)

Todo entero par mayor que 2 se puede escribir como suma de dos primos

24 = 19 + 5

30 = 17 + 13

Conjetura de Goldbach débil:

Todo entero impar mayor que 5 se puede escribir como suma de tres primos

11 = 5 + 3 + 3

(demostrada en 1923)

26

Geometrías

Postulados de Euclides

KantLobachevskyBolyaiGausssRiemannSchweickard

Cuadratura del círculo

Duplicación del cubo

Trisección del ángulo

27

Dialoghi sopra i due massimi sistemi del mondo

Copernicanos

Tolemaicos

TOEdders

(TOE = Theory

of

Everything)

TOTedders

(TOT = Theory

of

Transcendence)

Siglo XVII

Siglo XXI

28

Un TOEdder … cauteloso

Putting

[general relativity

and

quantum mechanics] together, one

can imagine that

the

universe

started

in the

total emptygeometry

–

absolute

nothingness

–

and

then

made a quantum tunneling

transition

to

a nonempty

state. Calculations

show that

a universe

created

this

way

would

typically

be subatomicin size, but

that

is

no problem

….Vilenkin

was

able

to

invoke

inflation

to

enlarge

the

universeto

its

current

size.

Alan Guth, The Inflationary Universe (1997), Page

275

The

state

of

“nothing”

cannot

be identified

with

absolute nothingness. The

tunneling

is

described

by the

laws

of

quantum mechanics, and

thus

“nothing”

should

be subject

to

these

laws. The

laws

of

physics

must

have

existed, even though

there

was

no universe.

Alexander Vilenkin,

Many Worlds in One (2006), Page

181

Alexander Vilenkin

Neopositivismo lógico

29

“El sentido del mundo tiene que residir fuera de él”

(Tr. 6.41)

“De lo que no se puede hablar hay que callar”

(Tr. 7.)

---

(1918)

Ludwig Wittgenstein

Paradoja de Russell

Bertrand Russell

Definición:Conjunto “normal”:

Un conjunto de elementos que no se contiene a sí

mismo como elemento.

Conjunto “singular”:El que no es normal.

Consecuencia:Un conjunto no puede ser Normal y Singular al mismo tiempo.

La paradoja de Russell:Sea C el conjunto de todos los conjuntos normales.

Entonces si C es normal, tiene que ser singular, y si es

singular tiene que ser normal.

Conclusión:

La definición de C es contradictoria. Luego C no existe

31

La Teoría de todas las teorías

Una Teoría (el Modelo Estándar)

T = { h | l Ø

O }

H QFTATLAS

CMS

teoría hipótesis lógica observciones

La Teoría de todas las teorías

T = { h | l Ø

O,T

}

32

Opción A

Seguir pensando y discutiendo

Opción B

Callar de lo que no se puede hablar …..

…y celebrarlo !

FINMUCHAS GRACIAS