ASTRO-COSMO-ASTRO-COSMO-PARTÍCULASPARTÍCULAS

Vicente PleitezVicente PleitezIFT-UNESPIFT-UNESP

20042004

PARTE II

II-OS PROBLEMAS DOS II-OS PROBLEMAS DOS NEUTRINOS SOLARES E NEUTRINOS SOLARES E

ATMOSFÉRICOSATMOSFÉRICOS

PLANO -IIPLANO -II O MODELO PADRÃO DO SOL O MODELO PADRÃO DO SOL O PROBLEMA DOS NUS SOLARESO PROBLEMA DOS NUS SOLARES OS EXPERIMENTOS DOS NUS SOLARES OS EXPERIMENTOS DOS NUS SOLARES TRANFORMAÇÃO DE NEUTRINOSTRANFORMAÇÃO DE NEUTRINOS O EFEITO MSWO EFEITO MSW OS NEUTRINOS ATMOSFÉRICOSOS NEUTRINOS ATMOSFÉRICOS A UTILIDADE DOS NEUTRINOSA UTILIDADE DOS NEUTRINOS

O MODELO SOLAR PADRÃOO MODELO SOLAR PADRÃO

Plasma em equilibrio hidrostático, a Plasma em equilibrio hidrostático, a presão radiativa compensa a gravidadpresão radiativa compensa a gravidad

O transporte de energia é O transporte de energia é principalmente radiativo (e um pouco principalmente radiativo (e um pouco por convecção)por convecção)

A energia é gerada por reações A energia é gerada por reações termonucleares, efeitos gravitacionais termonucleares, efeitos gravitacionais são pequenossão pequenos

A abundância relativa dos núcleos muda A abundância relativa dos núcleos muda só como resultado das reações nuclearessó como resultado das reações nucleares

O PROBLEMA DOS NEUTRINOS O PROBLEMA DOS NEUTRINOS SOLARESSOLARES

Cálculo simples

scm

milhõesmil

cmxMeV

sergxdMeV

deluninosida

2

213

33

2

60

)105.1(45.12

/10445.12

de neutrinos

Aqui e agora!M. Guzzo (IFGW/UNICAMP)

MeVeep 25224 Cadeia pp

J. Bahcall

Jonh Bahcall

Os neutrinos trazem informação do centro do sol

1 SNU=10-36 capturaspor átomo doalvo/segundo

ExperimenExperimentt BP 00BP 00 BP 98BP 98

Bahcall Bahcall 9595

Turk-Turk-ChiézeChiéze

Dar-Dar-Shaviv 95Shaviv 95

ProffittProffitt9494

ChlorineChlorine 7.6 +1.3-1.17.6 +1.3-1.17.7 +1.2-7.7 +1.2-1.01.0

9.5 ± 9.5 ± 1.41.4

6.4 ± 6.4 ± 1.41.4 4.1 ± 1.24.1 ± 1.2

8.9 ± 8.9 ± 1.11.1

KamiokanKamiokandede

5.05 (1.00 + +0.20-5.05 (1.00 + +0.20-0.16)0.16)

5.2 +1.0-5.2 +1.0-0.70.7

6.6 ± 6.6 ± 1.11.1

4.4 ± 4.4 ± 1.11.1 2.492.49

6.4 ± 6.4 ± 0.90.9

GalliumGallium 128 +9-7128 +9-7 129 +8-6129 +8-6137 ± 137 ± 88 122 ± 7122 ± 7 115 ± 6115 ± 6

136 ± 136 ± 77

Experimentos de Experimentos de s solaress solares

HomestakeHomestake

Raymond Davis Jr. Pionero desde 1968. Prêmio Nobel de 2002

600 toneladas de Cl4C

Gallex/Sage

50 toneladas de Ga: e + 71Ga e- + 71Ge, Limiar 0.23 MeV

RADIOQUÍMICOS!

e + 37 Cl 37 Ar + e- , Limiar 0.81 MeV

SUPER-KAMIOKANDESUPER-KAMIOKANDE

Masatochi Koshiba, Masatochi Koshiba, Nobel de 2002 Nobel de 2002

50 000 toneladas de 50 000 toneladas de água ultrapuraágua ultrapura

xx+e+e-- xx+e+e--, sensível , sensível à todos os à todos os s s

Luz Cerenkov dos eLuz Cerenkov dos e--

Tempo real e Tempo real e direcional direcional ((telescópio telescópio de neutrinos!)de neutrinos!)

SNOSNO

(Sudbury Neutrino Observatory)(Sudbury Neutrino Observatory) Uma tonelada de água pesada DUma tonelada de água pesada D22OO ESES: : xx+e+e-- xx+e+e- - (todos os (todos os s)s) CC: CC: ee + D + D p + p + e p + p + e- - (só (só ee ) ) NC: NC: xx + D + D n + p + n + p + xx (todos os (todos os s)s)

S-K versus SNO (ambos sensíveis aos s do 8B)

SSM(x)=5.44 x 106 cm-2s-1

ESSNO=2.39 x 106 cm-2s-1

ESSK =2.32 x 106 cm-2s-1

CCSNO (e) =1.75 x 106 cm-2s-1

NCSNO(x)=5.09 x 106 cm-2s-1

SNO(e) = 1.76 x 106 cm-2s-1

SNO(/) = 3.41 x 106 cm-2s-1

omitimos errores

~ SSM(x)

Resultados do SNO:

ExperimenExperimentt measured fluxmeasured flux ratio exp/BP98ratio exp/BP98

threshold threshold energyenergy Years ofYears of

runningrunning

HomestakHomestakee 2.56 ± 0.16 ± 0.162.56 ± 0.16 ± 0.16 0.33 ± 0.03 ± 0.050.33 ± 0.03 ± 0.05 0.814 MeV0.814 MeV

1970-1970-19951995

KamiokanKamiokandede 2.80 ± 0.19 ± 0.332.80 ± 0.19 ± 0.33

0.54 ± 0.08 +0.10-0.54 ± 0.08 +0.10-0.070.07 7.5 MeV7.5 MeV

1986-1986-19951995

SAGESAGE 75 ± 7 ± 375 ± 7 ± 3 0.58 ± 0.06 ± 0.030.58 ± 0.06 ± 0.03 0.233 MeV0.233 MeV1990-1990-20062006

GallexGallex 78 ± 6 ± 578 ± 6 ± 5 0.60 ± 0.06 ± 0.040.60 ± 0.06 ± 0.04 0.233 MeV0.233 MeV1991-1991-19961996

Super-Super- 2.40 ± 0.03 ± 0.082.40 ± 0.03 ± 0.080.465 ± 0.005 ± 0.465 ± 0.005 ± 0.0150.015

5.5 (6.5) 5.5 (6.5) MeVMeV 1996-1996-

KamiokanKamiokandede

GNOGNO 66 ± 10 ± 366 ± 10 ± 3 0.51 ± 0.08 ± 0.030.51 ± 0.08 ± 0.03 0.233 MeV0.233 MeV 1998-1998-

SNOSNO1.75 ± 0.07 ± 0.12 ± 0.05 1.75 ± 0.07 ± 0.12 ± 0.05 (CC)(CC) 0.347 ± 0.029 (CC)0.347 ± 0.029 (CC) 6.75 MeV6.75 MeV 1999-1999-

2.39 ± 0.34 ± 0.16 (ES)2.39 ± 0.34 ± 0.16 (ES)

HÁ UMA TRASFORMAÇÃO DE NEUTRINOS, DE UM SABOR e PARA OTRO o

PORÉM QUÁL É O MECANISMO DESSA TRANSFORMAÇÃO?

a a transformaçãotransformação de neutrinos tem sido observada em de neutrinos tem sido observada em neutrinos cujas fontes são extraterrestres, o Sol, a neutrinos cujas fontes são extraterrestres, o Sol, a

atmósfera (ver más adiante). Podemos perguntar-nos se atmósfera (ver más adiante). Podemos perguntar-nos se seria possível observar essas oscilações em neutrinos seria possível observar essas oscilações em neutrinos

produzidos em fontes de laboratório. Depois de anos de produzidos em fontes de laboratório. Depois de anos de tentativas (os físicos experimentais não descansam ou tentativas (os físicos experimentais não descansam ou

dormem nos louros), foram observados em 2 dormem nos louros), foram observados em 2 experimentos no Japão: K2K e KamLAND. Ambos experimentos no Japão: K2K e KamLAND. Ambos experimentos são de um novo tipo, chamados de experimentos são de um novo tipo, chamados de

“longbaseline” dado que os neutrinos viajam distâncias “longbaseline” dado que os neutrinos viajam distâncias de 100-700 kilómetros antes de atingir o alvo. de 100-700 kilómetros antes de atingir o alvo.

Analisaremos brevemente o KamLAND.Analisaremos brevemente o KamLAND.

KamLANDKamLAND ((KamKamiokaioka LLiquid Scintillator iquid Scintillator Anti-Anti-

NNeutrinoeutrino DDetector)etector)

c + p e+ + n

Notar que são c!

DetalhesDetalhes

Balão de 13 mêtros com líqüído centilhanteBalão de 13 mêtros com líqüído centilhante Distância da fonte de neutrinos (reatores) a detetor Distância da fonte de neutrinos (reatores) a detetor

(S-K): (S-K): 150 - 200 km 150 - 200 km (longbaseline)(longbaseline) Os eOs e++ são detetados em coincidência com fótons de são detetados em coincidência com fótons de

2.2 MeV produzidos pela captura do nêutron. 2.2 MeV produzidos pela captura do nêutron. (o (o ruido de fundo tem de ser muito pequeno)ruido de fundo tem de ser muito pequeno)

700 anti-neutrinos detetados por ano700 anti-neutrinos detetados por ano Importantes para Importantes para físicafísica, , geofísicageofísica, e , e astrofísica astrofísica

(por exemplo KamLAND poderá pela primeira vez (por exemplo KamLAND poderá pela primeira vez observar os anti-neutrinos do urânio e do tório do observar os anti-neutrinos do urânio e do tório do interior da Terra, que interior da Terra, que supõe-se supõe-se originam mais da originam mais da metade do calor da Terrametade do calor da Terra

......

KamLAND+ BOREXINO permitirão medir a razão KamLAND+ BOREXINO permitirão medir a razão do uranio/tório que determina o calor do planeta, do uranio/tório que determina o calor do planeta, e por isso são de grande importância na física da e por isso são de grande importância na física da Terra (tectônica de placas).Terra (tectônica de placas).

Esto são pasos hacia uma verdadeira Esto são pasos hacia uma verdadeira tomografía do interior terrestretomografía do interior terrestre

Transformação de neutrinosTransformação de neutrinos

Há um déficit de neutrinos vindos do Há um déficit de neutrinos vindos do solsol

Qual é a sua explicação?Qual é a sua explicação? Até recentemente existiam várias Até recentemente existiam várias

possibilidades: momento magnético, possibilidades: momento magnético, novas interações, etcnovas interações, etc

A resposta aceita despois dos dados A resposta aceita despois dos dados mencionados acima é:mencionados acima é:

OS NEUTRINOS TÊM MASSA!OS NEUTRINOS TÊM MASSA!

E ALÉM DISSO SE MISTURAM ENTRE SIE ALÉM DISSO SE MISTURAM ENTRE SI

2

1

cos

cos

sin

sine

P(e) = sin22 sin2[1.27 m2 L/E]

m2=[m21 - m2

2] [eV]2

L= distância até a fonte [m]

E = energia do neutrino [MeV]

O EFEITO MSW O EFEITO MSW

KamLAND:

RESUMOS DOS NUS SOLARESRESUMOS DOS NUS SOLARES

m212 = m2

2 – m21 8 x 10-5 eV2 , 12 300 S-

K

m212 6.9 x 10-5 eV , 12 ~30o KamLAND

Os neutrinos atmosféricosOs neutrinos atmosféricos

Super-Kamiokane

Resumo dos Resumo dos s atmosféricoss atmosféricos

Existe uma transformação de sabor Existe uma transformação de sabor consistente com consistente com

Mecanismo: Mecanismo: oscilação de neutrinos oscilação de neutrinos mm22

2323=m=m2233-m-m22

22 2 x 10 2 x 10-3 -3 eVeV22 , , 23 23 45 45oo

Confirmação por K2K (experimento de Confirmação por K2K (experimento de “longbaseline” de 250 km em Japão) “longbaseline” de 250 km em Japão)

A utilidade dos Neutrinos A utilidade dos Neutrinos

Em 1954-59 Reines y Cowan “viram” Em 1954-59 Reines y Cowan “viram” finalmente os antineutrinos do finalmente os antineutrinos do elétron: seção de choque pequenaelétron: seção de choque pequena

((c c + p+ p e e+ + + n)+ n)1010-43-43 cm cm22: : partículas fantasmas! partículas fantasmas!

Reator Reator ~2x10~2x101414cc s s-1-1 kW kW-1 -1 (atualmente (atualmente 4 GW, i.e., 104 GW, i.e., 102121c c ss-1)-1)

Caminho livre médio L=1/Caminho livre médio L=1/~10~101414km km ((10102424 protons/cm protons/cm33). ).

Desde 1959 ...Desde 1959 ...

Foram descobertos mais dois tipos de Foram descobertos mais dois tipos de neutrinos neutrinos , , (permitiu formular o (permitiu formular o MP)MP)

Neutrinos de grande energía: Neutrinos de grande energía: estructura de estructura de p, n (nucleons)p, n (nucleons)

Confirmar as reações termonucleares, Confirmar as reações termonucleares, base da evolução estelar (base da evolução estelar (SolSol))

Neutrinos de Neutrinos de supernovas supernovas (1987a)(1987a), , Kamiokande, IMB, Baksan (Kamiokande, IMB, Baksan (~~12 12 eventos) eventos)

......

Oscilação de neutrinos em neutrinos de Oscilação de neutrinos em neutrinos de reactores reactores (KamLAND), (KamLAND), aceleradores aceleradores (K2K) y (K2K) y atmosféricos atmosféricos (S_K).(S_K).

Telescópios de neutrinos (Telescópios de neutrinos (AMANDA, AMANDA, IceCubeIceCube))

““The investigation of the neutrino The investigation of the neutrino oscillation that is going on all over the oscillation that is going on all over the world is a new fields of research in world is a new fields of research in particle physics and particle physics and astrophysicsastrophysics” ” (Bilenky 2001)(Bilenky 2001)

...E cosmología...E cosmología

Davis+S-K+SNO+KamLAND+Davis+S-K+SNO+KamLAND+WMAPWMAP restricciones a restricciones a ii m mii

Davis (1955) Davis (1955) cc++3737ClCl e e-- + + 3737Ar, Ar, Não! Não! ++3737ClCl e e-- + + 3737Ar, Ar, Sim!Sim!

cc ≠ ≠ ( (Dirac)Dirac) ( ( ))00 cc = = (Majorana), (Majorana), > 10> 1025 25

años!años! Leptogênesis Leptogênesis Bariogênesis Bariogênesis

(cosmologia)(cosmologia)

Mais adiante

A Assimetria Matéria - AntimatériaA Assimetria Matéria - Antimatéria

Parte III

PLANO - IIIPLANO - III

A antimatériaA antimatéria Primeira surpresa: violação da paridade Primeira surpresa: violação da paridade

PP Segunda surpresa: violação de CPSegunda surpresa: violação de CP Cosmologia e bariogêneseCosmologia e bariogênese Propostas: Física de partículas Propostas: Física de partículas

elementareselementares

A ANTIMATÉRIAA ANTIMATÉRIA

1928 Dirac: teoría quántica-relativista do elétron1928 Dirac: teoría quántica-relativista do elétron 1929 Hubble descobre a expansão do universo 1929 Hubble descobre a expansão do universo (v=Hr)(v=Hr) Existe uma relação entre ambas? Existe uma relação entre ambas? talveztalvez Bom: momento magnético “correcto” del electrónBom: momento magnético “correcto” del electrón Ruim: estados de energía negativa (no físicos), Ruim: estados de energía negativa (no físicos), E<0E<0 Estado fundamental (vazio) errado ou a teoria errradaEstado fundamental (vazio) errado ou a teoria errrada Para férmions: Principio de exclusão de Pauli Para férmions: Principio de exclusão de Pauli O estado fundamental correcto: todos os estado com O estado fundamental correcto: todos os estado com

E<0 (E<0 (buracosburacos) estão cheios, os de E>0 estão vazios) estão cheios, os de E>0 estão vazios

...... 1931: Dirac os buracos são um novo tipo de 1931: Dirac os buracos são um novo tipo de

partículas, massa igual à da partículas, carga partículas, massa igual à da partículas, carga eléctrica opuesta (a segunda vez que se eléctrica opuesta (a segunda vez que se prevía teoricamente um novo tipo de prevía teoricamente um novo tipo de partícula elemental)partícula elemental)

Partículas elementales nesses anos: só Partículas elementales nesses anos: só elétrons e prótons. Os “buracos” seriam os elétrons e prótons. Os “buracos” seriam os prótonsprótons

mmee=m=mpp!, simetría entre estados con q=e<0, !, simetría entre estados con q=e<0, y q=-e>0y q=-e>0 (Dirac: interações (Dirac: interações mmee≠≠mmp p errado!)errado!)

1930: 1930: Oppenheimer (Tamm) partículas poden Oppenheimer (Tamm) partículas poden aniquilarse com as antipartículas (buracos) aniquilarse com as antipartículas (buracos) a a matéria não seria estável!matéria não seria estável!

...... 1932: C. Anderson descobre 1932: C. Anderson descobre el positrón el positrón (Não (Não

conhecia a teoría de Dirac) conhecia a teoría de Dirac) ee++ , , massa igual à do emassa igual à do e- - , carga opostacarga oposta

Por qué o mundo está cheio de elétrons e não de Por qué o mundo está cheio de elétrons e não de pósitrons?pósitrons?

PET (POSITRON-EMISSION TOMOGRAPHY)PET (POSITRON-EMISSION TOMOGRAPHY) 1933: Pauli en carta a Heisenberg: 1933: Pauli en carta a Heisenberg: “I do not believe “I do not believe

in the hole theory, since I would like to have the in the hole theory, since I would like to have the asymmetry between positive and negative electricity asymmetry between positive and negative electricity in the laws of nature (it does not satisfy me to shift in the laws of nature (it does not satisfy me to shift the empirically established asymmetry to one of the the empirically established asymmetry to one of the initial states)”initial states)”

A simetria discreta “conjugación de la carga”, A simetria discreta “conjugación de la carga”, CC, , troca matéria em antimatéria e viceversa: troca matéria em antimatéria e viceversa: “+ “+ -” -”

......

QED, interaçõs fortes, porqué não QED, interaçõs fortes, porqué não as fracas? as fracas? são são simétricas sob simétricas sob CC

Motivou a procura de antiprótons e antinêutronsMotivou a procura de antiprótons e antinêutrons 1955 Segré et al: p+p1955 Segré et al: p+pp+p+p+pp+p+p+pcc

1956 Piccione et al: p+p1956 Piccione et al: p+pccn+nn+ncc

As antipartículas são um fenômeno geral, As antipartículas são um fenômeno geral, não só não só para férmions (Kpara férmions (K00-K-K0c0c são bósons) são bósons)

As simetrias discretas paridade As simetrias discretas paridade P (LP (LR),R), inversão inversão temporal temporal T (tT (t-t),-t), também eran boas, ... também eran boas, ...

Teorema PCTTeorema PCT (teoria quântica de campos locais, (teoria quântica de campos locais, etc)etc)

Porém ... la física é uma ciência Porém ... la física é uma ciência experimentalexperimental

1947: Rochester e Butler, 1947: Rochester e Butler, partículas extrañas partículas extrañas (eventos-V)(eventos-V)

KK00++ --,, (méson-(méson-) ) KK++++ -- ++, , (méson-(méson-) ) KK++++ 00

O enigma O enigma --: : ,,++ 00, , ++ -- ++

Ambas têm a mesma vida média, espín e massaAmbas têm a mesma vida média, espín e massa Debiam ser a mesma partícula. Mas têm paridades Debiam ser a mesma partícula. Mas têm paridades

opostas! opostas! tem paraidad +1; tem paraidad +1; tem paridad -1 tem paridad -1 1956: Lee y Yang1956: Lee y Yang A paridade é violada, isso resolvia o enigma A paridade é violada, isso resolvia o enigma --, ,

ambas son Kambas son K++

Até 1956-57, Até 1956-57, la paridad y C son violadas en las la paridad y C son violadas en las interacciones débiles,interacciones débiles,

A primera surpresa ... PXA primera surpresa ... PX

A teoria V-A viola A teoria V-A viola P eP e C C por construçãopor construção (ainda não (ainda não sabemos a origem física dessa quebra de sabemos a origem física dessa quebra de simetria)simetria)

A VIOLAÇÃO DA PARIDADE E DA CONJUGAÇÃO DA A VIOLAÇÃO DA PARIDADE E DA CONJUGAÇÃO DA CARGA FOI A PRIMEIRA SURPRESACARGA FOI A PRIMEIRA SURPRESA

A distinção entre A distinção entre carga eléctrica positiva e carga eléctrica positiva e negativa, polo norte magnético y polo sur negativa, polo norte magnético y polo sur magnético, direita e esquerda é absoluta!magnético, direita e esquerda é absoluta!

Landau: CP é conservada Landau: CP é conservada (a chamou de “reflexão (a chamou de “reflexão forte”)forte”)

Aqueles conceitos voltaram a ser Aqueles conceitos voltaram a ser relativosrelativos

Quigg 2003

P y C dão a imagem errada

CP a arruma

A segunda surpresa ... CPXA segunda surpresa ... CPX

A física é uma ciência experimental. Se CP é A física é uma ciência experimental. Se CP é conservada então ...conservada então ...

KK00ss ++ --, , 00 00, , CP=+1CP=+1, K, K00

LL ++ -- 00, , CP=-1CP=-1 KK00

LL ++ --, , NUNCA!NUNCA! 1964: Cronin, Fitch (Nobel de Física, 1980)1964: Cronin, Fitch (Nobel de Física, 1980) KK00

LL ++ --, uno em mil , uno em mil CP es violada también!CP es violada también! A definição de carga elétrica positiva e negativa, A definição de carga elétrica positiva e negativa,

polo norte y polo sur, dereita e esquerda é polo norte y polo sur, dereita e esquerda é absoluta! absoluta!

006.1)(

)(0

0

eKBR

eKBRL

L

!

Essa razão permite:

1. Definir ABSOLUTAMENTE a carga elétrica positiva da negativa (matéria de antimatéria)2. Definir ABSOLUTAMENTE o polo sul magnético do polo norte3. Definir ABSOLUTAMENTE direita de esquerda

Quê tem tudo isto a ver com a Quê tem tudo isto a ver com a COSMOLOGIA?COSMOLOGIA?

Bom ...Bom ... A muito tempo (lembrem-se de Pauli) se sabe A muito tempo (lembrem-se de Pauli) se sabe

que o universo está formado pelo que que o universo está formado pelo que chamamos chamamos matéria matéria como como prótons, prótons, elétrons, ...elétrons, ...

A antimatéria A antimatéria pósitrons, antiprótonspósitrons, antiprótons, ..., ...ocorre ocorre circunstancialmente no universo, produzida circunstancialmente no universo, produzida apenas em processos como a interação dos apenas em processos como a interação dos raios cósmicos raios cósmicos na atmósferana atmósfera

Não se observa a radiação gama que Não se observa a radiação gama que resultaria da aniquiliação materia-antimatériaresultaria da aniquiliação materia-antimatéria

Ainda nos raios cósmicos a proporção de Ainda nos raios cósmicos a proporção de antimatéria é antimatéria é ~~1010-4 -4

Do qué está feito o Universo? … Do qué está feito o Universo? … surpresa!surpresa!

O modelo cosmológico padrão O modelo cosmológico padrão T T 10101010 t t -1/2 -1/2 K, K, R R0(t0(t0), T0), T

A expansão do universo, lei de Hubble 1929A expansão do universo, lei de Hubble 1929 (Bunsen (Bunsen

e Kircchoff !)e Kircchoff !) A radiação cósmica de fundo de microondas 2.7K, A radiação cósmica de fundo de microondas 2.7K,

1965 (Penzias y Wilson)1965 (Penzias y Wilson) A abundância cósmica dos elementos levesA abundância cósmica dos elementos leves ( (D,D,33He, He,

4He4He,,77Li) Li) nucleosintese primordial (BBN) nucleosintese primordial (BBN) ~ 1s - 3 ~ 1s - 3 minutosminutos

Medidas recentes das inhomogeneidades do fundo Medidas recentes das inhomogeneidades do fundo cósmico de microondas (WMAP,...)cósmico de microondas (WMAP,...)

Se houvesse apenas matériaSe houvesse apenas matéria Número bariônico, (B): Número bariônico, (B): p, p,

n, ... B=+1; pn, ... B=+1; pcc,n,ncc, ... B=-1, ... B=-1 Número leptônico: eNúmero leptônico: e--,,ee, ,

LLee=+1; e=+1; e++,,ccee, L, Lee=-1=-1; idem ; idem

LL,L,L O modelo padrão conserva O modelo padrão conserva

B B (os diamantes são (os diamantes são enternos),enternos), e L e Lii, além de , além de iiLLii

Parâmetro fundamental Parâmetro fundamental nnBB/n/n~10~10-10-10

nn400 cm400 cm-3-3

1010-20 -20 (teórico) no modelo (teórico) no modelo padrão padrão 1010

n

n

n

nnBBB c

Flujo medido de p/pc

M. Boezio et al Astrophys. J.

581, 787 (2001)

25.0)/(1

)/(2

pn

pnYP

3;13 NN

1010 10

BBN

YP = 0.238 0.002 0.005

Bariogênesis (Sakharov 1967)Bariogênesis (Sakharov 1967)

Violação do número bariônicoViolação do número bariônico Violação de C e CPViolação de C e CP Estado fora de equilíbrio termodinâmicoEstado fora de equilíbrio termodinâmico

Propostas:Propostas:

Física na escala de PlanckFísica na escala de Planck Teorias de grande unificaçãoTeorias de grande unificação Bariogênesis electrofracaBariogênesis electrofraca Leptogênesis Leptogênesis (modelos 3-3-1?)(modelos 3-3-1?) Oscilação coherente de escalares Oscilação coherente de escalares Todas estas propostas dependem da Todas estas propostas dependem da

física de partículas elementares física de partículas elementares

Por exemplo, da naturaleza dastransições de fase do universo

Primera ordem Segunda ordem

O problema da Matéria e O problema da Matéria e da Energia Oscurada Energia Oscura

PARTE - IVPARTE - IV

PLANO - IVPLANO - IV

Tipos de partículas segundo suas Tipos de partículas segundo suas interaçõesinterações

Matéria oscura?Matéria oscura? Grande unificação e supersimetriaGrande unificação e supersimetria Outras propostasOutras propostas Terceira surpresa: o universo está Terceira surpresa: o universo está

acelerado!acelerado!

Partículas Int. grav. Int. débil Int. elect. Int. forte

Quarks

Leptones

Neutrinos

LIPs(?)

Matsas et al hep-ph/9810456

Tipos de partículas segundo suas interações

Matéria oscura?Matéria oscura?

Matéria oscura 70 anos atrás Matéria oscura 70 anos atrás (argumentos gravitacionaies) 1933 Fritz (argumentos gravitacionaies) 1933 Fritz ZwickyZwicky

>> 1970, velocidades de estrelhas 1970, velocidades de estrelhas isoladas ou gás em galáxias espiraisisoladas ou gás em galáxias espirais

> 1980, matéria oscura não só em > 1980, matéria oscura não só em galáxias mas no universo tudogaláxias mas no universo tudo!!

Os únicos candidatos são da FPEOs únicos candidatos são da FPE O MOND (Modified newtonian dynamics) O MOND (Modified newtonian dynamics)

A lei de Newton, para os planetas e o sol

r

rMGrv N

rot

)()(

Extrapolando para a matéria visível em galáxias

rr

MGrv visN

rot

1)(

Observações Observações

Perto de mil galáxias espirais Perto de mil galáxias espirais (incluiendo a via Láctea)(incluiendo a via Láctea)

Outro tipo de galáxias (elípticas, Outro tipo de galáxias (elípticas, enanas, etc)enanas, etc)

Medidas de inhomegeneidades da Medidas de inhomegeneidades da radiação de fundo de microondas radiação de fundo de microondas (WMAP)(WMAP)

GRANDE UNIFIÇÃO, GRANDE UNIFIÇÃO, SUPERSIMETRIA,…SUPERSIMETRIA,…

PORÉM...PORÉM...

LIPs LIPs AxionsAxions Escalares de modelos como os 3-3-1, Escalares de modelos como os 3-3-1,

Outras extensões do modelo padrãoOutras extensões do modelo padrão Modelos MOND que modificam a Modelos MOND que modificam a

dinâmica de Newton (aceleração dinâmica de Newton (aceleração absoluta, difícil generalizar para a TGRabsoluta, difícil generalizar para a TGR

OUTRA SURPRESA:OUTRA SURPRESA:

O UNIVERSO ESTÁ O UNIVERSO ESTÁ ACELERADO!ACELERADO!

Supernovas tipo IaSupernovas tipo Ia Anisotropia da radiação cósmica de Anisotropia da radiação cósmica de

fundofundo Medidas do conteúdo de matériaMedidas do conteúdo de matéria

Gravitação: TRGGravitação: TRGEm 1915 Albert Einstein prôpos a teoría da relatividade geral. As coordenadas não são mais do que parâmetros; a teoría é invariante por transformaciones gerais de coordenadas

gTGG N

é a chamada “constante cosmológica” e parece que

ainda é possível que 0! Em 1917 nasce a cosmologia

relativista

12

0

2

0

RMHR

k

2

03

,,H

C

R

R

C

M

M

N

C G

H

8

32

0

05.072.0,100 11

0 hMpcskmhH

Das equações de Einstein:

001.0024.02 hB

70.0,30.0;1 MM

A maior parte da matéria não é bariónica! (é diferente de nós)

5105,0 xkR

25.0,04.0 DMB

3RMM

O problema da “coincidência cósmica”

cteRRnERnmRM

043 ,,

M

a

aaq

2

1.

2

..

Observado:

O futuro do Universo:

43 )10(8

eVG

N

eff

419 )10(8

GeVG

N

planck

12410

eff

Planck

Em teoria quântica de campos:

423

0)2/1(

2

1 dhchE

Polarização do VácuoPolarização do Vácuo

Cortesia da Scientific American Brasil4

2

d240

cf

d

Efeito Casimir no Laboratório Efeito Casimir no Laboratório

Esfera de 200-µm de diâmetro a 100 nm de uma superfície plana

U. Mohideen e Anushree Roy Phys. Rev. Lett. 81, 4549 (1998) H.B. Chan et al,

Phys. Rev. Lett. 87, 211801

(2001)

Ilustração

Cortesia da Physical Review Focus

Outro problema:

As pessoas sempre continuarão a As pessoas sempre continuarão a procurar pelos mistérios do procurar pelos mistérios do universo no infinitamente universo no infinitamente

pequeno e no infinitamente pequeno e no infinitamente grande. No caminho muitas grande. No caminho muitas

descobertas ajudaram a melhorar descobertas ajudaram a melhorar o nível de vida da população ... o nível de vida da população ...

mundial?mundial?

Um grupo de científicos europeos e americanos estabeleceram uma nova marca para

a Internet 2, a red de alta velocidad que está siendo desenvolvida e utilizada por mais de 200

universidades de diversos paises. Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia

(Caltech) e do CERN, a Organização Europea para Pesquisa Nuclear, transfiram 1,1

terabyte (mil billones de bytes) de dados digitais através de 7 mil quilômetros, entre Suiza e os

Estados Unidos. A velocidade média atingida, foi de 5,44 gigabits por segundo, é perto de

20 mil vezes superior à da internet de banda larga comercial. Com a nova marca, um

DVD inteiro pode ser baixado em menos de dois segundos.

Mais informações: www.internet2.edu

Pouco despois de 1932 (Chadwich tinha descoberto o nêutron) G. L. Locher, Biofísico do Instituto Franklin de Pensilvania propôs: A TERAPIA DE CAPTACIÓN DENÊUTRONS (NCT). Está baseado na reação nuclear que ocorre quando o 10B es irradiado com nêutrons de baixa energia ou nêutrons térmicos. O boro - 10 captura estes nêutrons e emite, despois da reação, núcleos de hélio-4 altamente energéticos (partículas alfa) e ions de Litio-7.

El 10B junto a compostos que têm a tendência de alojarse em céçulas cancerígenas (introdzidos intravenosamente) as partículas carregadastêm um caminho livre médio do tamanho das células e energía suficientepara matar o tumor. As células normais como não têm o composto de boronão sofre os efeitos. http://web.mit.edu/nrl/www/bnct/info/descripition/descripition.htmlhttp://www.sc.doe.gov/production/ober/msd_bnct.html

A Tomografía de Captación de Positrones (PET). requer um equipamento de deteção e de produção de imagens diferente daquele utilizado pela SPECT (Tomografia Computadorizada por Emissão de Fótons Simples). Pode observar-se o cerébro ematividade, ver http://www.triumf.ca/welcome/petscan.html

Leitura consultada e recomendadaLeitura consultada e recomendada

C. Muñoz, Int. J. Mod. Phys. A (2003)C. Muñoz, Int. J. Mod. Phys. A (2003)

ME CHAMAN MAESTRO, E ME CHAMAN MAESTRO, E INCLUSIVE DOUTOR ...INCLUSIVE DOUTOR ...

PORÉM AO ENSINAR AOS MEUS PORÉM AO ENSINAR AOS MEUS ALUNOS NADA FAÇO EM SEU ALUNOS NADA FAÇO EM SEU

FAVORFAVOR

FAUSTOFAUSTO