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Física	de	Altas	Energias	no	LHC	
José	Cuper9no	Ruiz	Vargas	
SPRACE	–	IFT/UNESP
~ 10-9
Do	que	é	feito	o	Universo?	
3	11/24/2015	 José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
E = hν
E = mc2
•  Maior	Energia	
–  Pequenas	distâncias	são	exploradas	
–  Novas	parQculas	pesadas	são	produzidas	
4	11/24/2015	 José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
–  Energia	Rela9vís9ca	
	
–  Alvo	Fixo	
	
	
–  Anel	de	Colisão	
5	
ET = m1
2
c4
+m2
2
c4
+2 E1 E2 −
!
p1.
!
p2c2
( )⎡
⎣⎢
⎤
⎦⎥
1/2
(altas	energias)	
Alvo	Fixo	
Anel	de	Colisão	
Energia	
29		
GeV	
900	
GeV	
Feixe:	450	GeV	 Alvo:	repouso	
Feixe:	450	GeV	 Feixe:	450	GeV	
E1 = EF e E2 = mA c2
ET = 2mAc2
EF
⎡
⎣⎢
⎤
⎦⎥
1/2
E1 = EF e E2 = EF
!
p1 = −
!
p2 ≅ EF / c
ET =2EF
11/24/2015	 José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
Alvo	
prótons	
Alvo	Fixo	
prótons	 (an;)	prótons	
Anel	de	Colisão	
1/2
2
Alvo Feixe2 43 GeVTE m c EÈ ˘= @Í ˙Î ˚
Feixe2 2.000GeVTE E= @
Feixe 1.000GeVE =
6	
Alvo	Fixo	X	Anel	de	Colisão	
11/24/2015	 José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
Gluons (8)
Quarks
Mesons
Barions Núcleo
Graviton ? Bosons
(W,Z)
Átomos
Luz
Química
Eletrônica
Sistema Solar
Galaxias
Buracos Negros
Decaimento do Nêutron
Radioatividade Beta
Interação dos Neutrinos
Brilho do Sol
Forte
Fóton
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Eletromagnética
Tau
Muon
Elétron
Tau
Neutrino
Muon
Neutrino
Elétron
Neutrino
-1
-1
-1
0
0
0
Bottom
Strange
Down
Top
Charm
Up
2/3
2/3
2/3
-1/3
-1/3
-1/3
cada quark: R, B, G 3 cores
Quarks
Carga Elétrica
Léptons
Carga Elétrica
ParQculas	e	Interações
Interação	de	color	à	mésons	&	bárions	
Bárions	
Mésons	
AZUL	
VERMELHO	
ANTI-AZUL	
yellow	
ANTI-VERMELHO	
cian	
ANTI-	
VERDE	
11/24/2015	 8	
amarelo	
José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
Interações	Forte	&	Fraca:	troca	de	cor	&	sabor		
u	(+2/3)	
d	(-1/3)	
W	(-1)	
Interação	fraca	
(troca	de	sabor)	
	
u	(azul)	
u	(verde)	
G		
(blue	&	an9verde)	
Interação	forte	
(troca	de	cor)	
11/24/2015	 9	José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
10	
massa			à	
	
carga				à		
	
spin						à		
≈	125	GeV/c2	
11/24/2015	 José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
–  Elétron:	
q  1897		Thomson	
–  Múon:	
q  1937	Neddermeyrer,	Anderson	
–  Tau:	
q  1975	Perl	
–  Neutrino	do	Elétron	
q  1956	Cowan,	Reines	
–  Neutrino	do	Múon	
q  1962	Lederman	
–  Neutrino	do	Tau	
q  2000	DONUT	Collab.,	Fermilab	
Férmions:	Léptons	
11	
massa	à	
	
carga		à		
	
spin				à		
11/24/2015	 José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
–  Up	
–  Down	
–  Strange	
q  1964	Gell	Mann		
–  Charm	
q  1974	Ting,	Richter	
–  Booom	
q  1977	Herb	et	al.	
–  Top	
q  1995	CDF,	DØ	
Férmions:	Quarks	
12	
massa	à	
	
carga		à		
	
spin				à		
11/24/2015	 José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
–  Fóton	
q  1923	Compton	
–  W	e	Z	
q  1983	UA1	e	UA2	Collab.	(CERN)	
–  Glúon	
q  1979	MarkJ/Tasso/Pluto/Jade	(DESY)	
Bósons	Intermediários	
13	
massa	à	
	
carga		à		
	
spin				à		
11/24/2015	 José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
Bóson	de	Higgs	
–  Desempenha	um	papel	especial	
q  O	campo	de	Higgs	permeia	todo	o	
espaço	
q  Ele	é	responsável	por	dar	massa	a	
todas	as	parQculas	elementares	
–  Proposto	em	1964		
q  Brout	e	Engler	e	Higgs	
–  Descoberto	em	2012	
q  Colaborações	Atlas	e	CMS	(LHC)	
massa		à		≈	125	GeV/c2	
	
carga			à	0	
	
spin					à	0	
14	11/24/2015	 José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
16
18	11/24/2015	 José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
Vista	Aérea	do	LHC	
19	11/24/2015	 José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
Peso:	16.000	ton.	/	Diâmetro:	15	m	/	Comprimento:	21,6	m	/	Campo	Magné9co:	4	Tesla	 21	
11/24/2015	 José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
Seleção	dos	Eventos	Interessantes	
–  Impossível	extrair	informação	e	gravar	40	TB/s	de	dados	
–  Essencialmente	2	estágios	de	seleção:			
q  Hardware:	eletrônica	rápida	
o  40	MHz	à	100	kHz	
q  Sowware:	cluster	com	~	30.000	CPU’s		
o  100	kHz	à	100	Hz	
Aglomerados	com	100	bilhões	de	
prótons	se	cruzam	40	milhões	de	
vezes	por	segundo	em	cada	
experimento		
	
	
Ocorrem	1	bilhão	de	interações	
próton-próton	por	segundo	
	
	
Produzem	~	1.000	traços	no	
detector	a	cada	25	ns	
	
11/24/2015	 28	José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
•  Armazena	dados	em	tapes	
•  Processamento	dos	dados	
•  Dados	de	calibração	
•  Armazena	outra	cópia	dos	dados	
•  Dados	para	análise	em	disco	
•  Reprocessamento	dos	dados	
•  Dados	para	análise	em	disco	
•  Análise	final	dos	dados
T2_BR_SPRACE
Introdução	à	Física	de		
Altas	Energias	
•  São	Paulo	Research	and	Analysis	
Center
Underground	P5	 Super|cie	P5	
Processamento	dos	Dados	
Tier	0	 32	11/24/2015	 José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
SPRACE	&	GridUnesp	
33	11/24/2015	 José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
Dos	Dados	à	Física	
Dado	Cru	
(Raw	Data)	
Resposta	
do	Detector	
Interação	com	
Material	
Decaimento	e	
Fragmentação	
Fenômenos	
Físicos	
Alinhamento/Calibração	
Conversão	de	bits		
em	quan;dade	Rsicas	
Análise	Física	
Comparação	com	modelos	
Reconstrução	
Reconhecimento	de	Padrões	e	
Iden;ficação	de	ParXculas	
11/24/2015	 34	José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
Explorando	a	Região	de	TeV	
35	11/24/2015	 José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC
Oportunidades	para	estudantes	
•  Iniciação	cienQfica	
•  Mestrado	
•  Doutorado	
•  Pós-doutorado	
11/24/2015	 36	José	Cuper9no	-	Física	de	Altas	Energias	no	LHC

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