¿ De qué está hecho el Universo...Carlos Muñoz ¿De qué está hecho el Universo? 2 RESUMEN 1....
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Carlos Muñoz
Universidad Autónoma de Madrid & Instituto de Física Teórica UAM/CSIC
Univ. Murcia, 2 Noviembre 2009
¿ De qué está hecho el Universo ?De las partículas elementales a las supercuerdas
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Carlos Muñoz ¿De qué está hecho el Universo? 2
RESUMEN
1. Solo entenderemos la composición del Universo si conocemos las
partículas elementales que lo constituyen y las fuerzas que se ejercen
entre ellas
• Describiremos todas las partículas y las interacciones conocidas
3. Higgs, Supersimetría, Supercuerdas, ...
• ¿De qué está hecha la materia oscura?
2. Después especularemos
• ¿Hacen falta más partículas en nuestra lista?
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Feynman, Schwinger, Tomonaga,Nobel Prize in 1965
The mess at the beginning of the 20th century:Heat, magnetism, electricity, light, X-rays, ultraviolet rays, …
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Gell-Mann, Nobel Prize in 1969
Zweig
Friedman, Kendall, TaylorNobel Prize in 1990
Gross, Wilczek, Politzer,Nobel Prize in 2004
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m = 1/7 mp
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Glashow, Weinberg, Salam,Nobel Prize in 1979
Rubia, Van der Meer,Nobel Prize in 1984
„t Hooft, Veltman,Nobel Prize in 1999
La emisión de neutrinos está asociado a la desintegración beta. Historicamente, parecía que este proceso no conservaba la energía y eso llevó a Pauli a postular en 1930 la existencia de una partícula nueva (el neutrino).“Sólo” se tardó 25 años en descubrir el neutrino experimentalmente
la carga está relacionada con el estado de movimiento y no con el tipo de partícula(aquellas con espín antiparalelo a la dirección del movimiento poseen carga débil)
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Mendeleiev, 1869
~1970‟s
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Kobayashi, Maskawa,
predicted in 1972 the existence of 3 families
Nobel Prize in 2008
Mendeleiev, 1869
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~1970‟s
H~100000
And, in addition there should exist the so-called Higgs boson
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Besides, the standard model provides the fundaments of the early Universe cosmology
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History
Symmetries are crucial in physics
The laws of modern physics are invariant under certain symmetries:
Lorentz transformations [special relativity] Local gauge transformations [SU(3)CxSU(2)LxU(1)Y]
Supersymmetry (SUSY) was proposed in the early 1970‟s:Golfand, Likhtman, 1971
Volkov, Akulov, 1972Wess, Zumino, 1974
SPECULATION: Do other particles exist still undetected ?
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Boson Fermion
Fermion Boson
But known bosons and fermions are not married up in this fashion
Quarks (u,d)ElectronNeutrino
GluonsW, Z
Photon
Instead, every known particle should have a (super) partner Fayet, 1976
The spectrum of elementary particles is doubled ! With masses 1000
QuarksElectronNeutrino
SquarksSelectronSneutrino
GluonsPhotonW, Z
GluinoPhotinoWino, Zino
An invariance of the theory under interchange of fermions and bosons
L (bosons, fermions) L (fermions, bosons) = L (bosons, fermions)
mp
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( 1000 mp )( 100 mp )
msusy 1000 mp
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Cost of the LHC:
4.000 million euros
LEP LHC
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Aunque cada haz tiene 300 billones de protones, solo se producen 60.000 colisiones
Pero como los protones dan 10.000 vueltas alrededor del LHC cada segundo, se producirán en total 600 millones de colisiones por segundo.¡Y eso hay que analizarlo!
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One of the great enigmas still unsolved is the existence of dark matter
Por ejemplo, usando simples argumentos gravitacionales , uno puedecalcular la velocidad de rotación de estrellas aisladas o nubes de Hidrógenoen las partes externas de Galaxias
Esa velocidad calculada usando la ley de Newton
no coincide con la que miden los astrónomos.
Salvo que asumamos que existe más materia que la luminosa.
Zwicky, 1933
This hypothesis is not so odd if we remember that the existence of Neptunewas suggested on the basis of the irregular motion of Uranus
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Actually, about 85% of the matter in the Universe is dark
We are not made of what most of the Universe is made of !
85%
15%
85%
15%
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¿De qué está hecha la materia oscura?
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Ninguna de las partículas del modelo estándar tiene las propiedades adecuadaspara constituir la materia oscura; Ni los quarks, ni los electrones, ni los neutrinos, …
Esta es una indicación contundente de que necesitamos ir
Más allá del modelo estándar de la física de partículas
Y precisamente, algunas de las partículas supersimétricastienen las propiedades adecuadas para constituir la materia oscura
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Sin embargo, si queremos unificar la gravedad con las demás interacciones,
tenemos que ir incluso más allá de la supersimetría
Sin la gravedad los seres humanos no se mantendríansobre la Tierra, los planetas no girarían alrededor del Sol, las estrellas no formarían galaxias, las galaxias no formarian cumulos de galaxias y, …, el Universo no sería como lo conocemos.
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Todo este zoo se unifica en un único objeto fundamental
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CONCLUSIONS
Supersymmetry, that predicts that every known particle should have a partner, has candidates for dark matter, which could be tested in the LHC
However, one of the great enigmas still unsolved is the existence of dark matter
Within the standard model there are no possible candidates, thus we need to assume the existence of new particles
The standard model of particle physics “almost” answers the question: What is the Universe made of?
Supersimetría no es suficiente para unificar la gravedad con las demás interacciones de la Naturaleza, pero quizá la teoría de Supercuerdas nos permita conseguir este objetivo