¿Qué es el CERN? y ¿Para qué sirven las investigaciones que se realizan allí?

Se dió una visión divulgativa sobre el estado actual de la física de partículas: el modelo estándar. ¿Cómo simular el Big-bang? La transferencia tecnológica del CERN a la sociedad: medicina, radiofármacos, computación, internet,…El principal objetivo era que el alumnado comprendiera y valorara la transferencia tecnológica del experimento más ambicioso jamás realizado en el campo de la física, el LHC (CERN).

1. ¿QUÉES EL CERN?
Centro de Profesores
Alcalá de Guadaíra
Curro Martínez Ruiz –CEP Alcalá Guadaíra
IES ALONSO CANO
DÚRCAL (GRANADA) MARZO 2009
¿Para quévalen las
investigaciones que allíse
realizan?

2. ¿De quéestáhechonuestrouniverso?
¿De dóndeviene?
¿Porquése comportacomolo hace? No tenemos todas las respuestas a esas preguntas, pero en los
últimos años hemos descubierto una gran cantidad de
información sobre el Universo que nos rodea
CERN, el Laboratorio Europeo de Física de Partículas

3. El CERN continúa con la
tradición de observar
nuestro mundo y tratar
de entenderlo
E = mc
2

4. Principios del S.XX
Electrones responsables del
comportamiento de la materia

5. PROPIEDADES
CARGA
SPIN

6. EN LA CIENCIA SE CLASIFICAN LAS COSAS

7. ANIMACIÓN

8. El Modelo Estándar de Física de Partículas: los bloques
fundamentales del edificio del universo
6 quarks y 6 leptones
1ª Familia
2ª Familia
3ª Familia

9. PARTÍCULAS “PORTADORAS DE LA FUERZA”
Hay cuatro fuerzas conocidas (o interacciones), cada una mediadapor una
partícula fundamental, conocida como partícula intermediaria o portadora.
Interacción gravitatoria
Interacción electromagnética
Interacción fuerte
Interacción débil
fotón gravitón???
8 xgluón
Z
0
W
+
W
‐
+ el bosónHiggs???
la partícula de Dios

10. ¿QUÉMANTIENE LIGADO A LAS PARTÍCULAS?
INTERACCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
LA INTERACCIÓN NUCLEAR FUERTE
100 veces más intensa que la
electromagnética

11. LA INTERACCIÓN NUCLEAR DÉBIL
LA INTERACCIÓN GRAVITATORIA

12. INTERCAMBIO DE PARTÍCULAS PORTADORAS
DE LA INTERACCIÓN
Una visión nueva del
átomo de hidrógeno

13. Y ¿CUÁNDO HABLAMOS DE LA ANTIMATERIA?
Angels and Demons is a detective story about
a secret society that wants to destroy the
Vatican using an antimatter bomb. In the
book, the antimatter is stolen from CERN.

14. POR UN PUÑADO DE ANTIMATERIA

15. ANTIMATERIA
DIRAC (1928) postula la existencia de una compañera para el electrón
En 1931 se descubre el positrón
El antiprotón y el antineutrón no fueron descubiertos hasta 1954
p
p

16. e
+
e
-
E = mc
2
Electronesy positronesse
aniquilanpara producir
rayosγ(energía)
Anderson (1932) descubre el positron predichoporDirac

17. ¿CÓMO SE TRABAJA EN FÍSICA DE PARTÍCULAS?
ACELERADORES DETECTORES

18. ¿El choque ha
liberado algunas
piezas del interior del
electrón y el
positrón?
La masa calculada de cualquiera
de las partículas resultantes ¡es
mayor (o igual, pues algunas
son electrones) que la de las
partículas iniciales!
Síla energía se conserva, parece que no queda más remedio
que aceptar que la energía de
las partículas puede
“convertirse en materia”
Detector ALEPH del acelerador LEP

19. aéroport
Genève
Atlas
CMS
Alice
LHCb
PS
1954
2000

21. Dos hacesde protones
Energíade colisión
Protón+ protón:
7 + 7 TeV
27 Km de imanescon
un campo de 8.4 Tesla
Heliosuperfluidoenfriadoa 1.9°K
La estructurasuperconductoramásgrandedel mundo
El LHC SE HA CONSTRUIDO EN EL TUNEL DEL LEP

22. LA BÚSQUEDA DE LO DESCONOCIDO
¿Por qué las partículas fundamentales tienen masas tan diferentes ? Dos de los
mayores misterios por resolver son cómo obtienen las partículas masa y qué
relación existe entre la masa y la energía. BUSQUEDA DE LA PARTÍCULA DE HIGGS.
Al principio de nuestro Universo, existían cantidades iguales de materia y
antimateria. Si la materia y la antimateria fuesen imágenes exactamente simétricas,
se hubieran aniquilado, produciendo energía. Pero, ¿por qué quedó un exceso de
materia, creando las galaxias, el sistema solar ‐con nuestro planeta ‐y nosotros
mismos ? Estudiar la diferencias ínfimas que
existen entre la materia y la
antimateria.
Reproducir las condiciones en el universo inmediatamente después del Big‐Bang
para entender por quéel Universo es tal como lo conocemos hoy. ¿Materia oscura?

23. Bloques fundamentales de construcción
Valores de la masa en GeV
*muy pequeña: menores que 10
‐9
pero distinta de 0.
Materia ordinaria
Copias idénticas (más masa)

24. El mecanismode Higgs: del campo a la partícula

26. THE ATLAS DETECTOR
46m de largo
por 25m de alto
Un ejemplo de colisión en el LHC

27. THE ATLAS DETECTOR
Zoom
Pixel detector EM calorimeter Hadroniccalorimeter Muon spectrometer

28. THE CMS DETECTOR
800 millones de colisiones por
segundo
1 Bosónde Higgs
espera obtenerse
cada 90 s

29. THE ALICE DETECTOR
Reproducirel Big‐Bang

30. Back to the Big Bang
Naturaleza
Alice experiment
Big bang
Temperatura
Tiempo
Sopa quarks
y gluones
< 10
‐5
s
Formación de
protones
y neutrones
2 x 10
12
K
4 x 10
‐5
s
Formación de
núcleos ligeros
5 x 10
8
K
3 min
Formación de
átomos neutros
10
3
K
380.000 años
Formación
estrellas
25 K
2 x 10
8
años
Formación
galáxias
< 25 K
> 2 x 10
8
años
Hoy
2.7 K
13.7 billones años
Colisionesde átomosde Pb

31. SPS LHC
Unagráficade viajeen el tiempo

32. Si Leonardo da Vinci hubiera dibujado el LHC…

33. LA TRANSFERENCIA TECNOLÓGICA (spinoffs)
Incorporación a nuestra vida diaria:
•Electrónica
•Procesamiento industrial y médico de la imagen
•Manejo y uso de la radiación
•Metrología y nuevos materiales
•Tecnologías de la computación y la información
•…

34. Ciencias Biomédicas: PositronEmisión
Tomography(PET)
Paciente en seguimiento por carcinoma de próstata estudiado con PET/TAC con
18F‐FDG y 11C‐mitionina. Con ambos radiofármacos se observa una lesión ósea
en la creta iliaca y un ganglio perirectal.
CRYSTAL CLEAR
PbWO
4

35. Ciencias Biomédicas: hadronterapiay
braquiterapia Uso de protones, neutrones y
partículas pesadas en radioterapia:
su principal atractivo es la forma en
que liberan su energía en el tumor y
penetración proporcional a su
energía. AntiprotonCellExperiment.
La braquiterapiaes un tratamiento por
radiación que se aplica dentro del paciente, lo
más cerca posible del cáncer. La radiación se
administra dentro del cuerpo con isótopos
radioactivos que se introducen dentro de
dispositivos de administración como alambres,
semillas o varillas. Estos dispositivos se
denominan implantes.
Neutron Driven Element Transmuter
Producción de radioisótopos de alta
actividad y corta vida media
188
Re y
166
Ho

36. Tecnologías de la computación y la información
CERN,…wherethewebwasbornhttp://
THE GRID
Tier‐0 30% computación con 30000 CPUs

37. ¡Muchas gracias a todos!