El documento presenta una introducción al Modelo Estándar de la Física de Partículas. Describe las partículas fundamentales y las cuatro fuerzas que existen según el modelo. También explica brevemente los aceleradores de partículas y detectores utilizados para estudiar la física de partículas a través de colisiones de alta energía.

2. 1. Modelo Estándar de la Física de partículas 2. Fuerzas Fundamentales en el MEFP 3. Diferencias entre partículas 4. La antimateria 5. Cuestiones sin resolver en el MEFP 6. Herramientas de estudio en Física de partículas 7. Método de estudio en física de partículas Introducción

4. El universo esta formado por dos tipos de partículas elementales:

5. 12 partículas materiales Fermiones organizadas en dos familias

6. 6 Leptones organizadas en tres familias

7. 6 Quarks organizadas en tres familias

10. La fuerza electrodébil que se transmite por el fotón (bosón de la fuerzaelectromagnética)

11. La fuerza nuclear débil que se transmite por los bosones débiles W+, W- y Z;

12. La fuerza nuclear fuerte que se transmite por 8 tipos de partículas llamadas gluones

13. Todas estas fuerzas crean campos que pasan a través de la materia, siendo los bosones los responsables de llevar estas fuerzas fundamentales entre las partículas de materia.

14. Todos tienen carga neutra, a excepción de los bosones W, que tienen carga -1.

16. Bosón de Higgs, que en teoría es el encargado de dar a todas las partículas su masa

18. El spin diferencia claramente a las partículas que forman la materia (fermiones) de las que transmiten las fuerzas (bosones) y condiciona su funcionamiento

19. Los fermiones tienen spin “entero + ½” (1/2 ó 3/2). Se encuentran regulados por el Principio de exclusión de Pauli y por tanto no pueden coexistir en el mismo estado en el mismo lugar al mismo tiempo.

21. Para cara partícula hay una antipartícula, (positrón, antineutrino y antiquarks en cada una de las tres familias), para la cual las propiedades eléctricas son opuestas.

22. Cuando la materia y la antimateria se encuentran, se aniquilan entre sí liberando energía (mc2 )

27. Su tarea es acelerar y aumentar la energía de un haz de partículas. El haz es acelerado mediante campos eléctricos y es dirigido y enfocado mediante campos magnéticos.

28. Los resultados de las colisiones, de muy alta energía, generan nuevas partículas muy inestables y de muy corta vida, que permiten extraer información de los más pequeños componentes de la materia, lo cual se realiza en detectoresestratégicamente situados.

32. Sistema de vacío: Sistema mediante el cual se realiza un vacío muy alto en el tubo de metal por donde viaja un haz de partículas, para reducir al mínimo la cantidad de gas presente y evitar colisiones entre las moléculas de gas y las partículas del haz.

35. Calorímetro: detiene, absorbe y mide la energía de una partícula.

38. Situado en la frontera franco-suiza, cerca de Ginebra.

39. Se fundó en 1954 por 12 países europeos, que se han ampliado a 20 en la actualidad

40. Cuenta con la participación en sus programas de 8 países observadores, mantiene acuerdos de colaboración con estados no miembros y contactos científicos con usuarios de todo el mundo.

42. El universo está constituido de bloques elementales de materia (partículas elementales)

43. Todas estas partículas existen desde instantes posteriores al Big bang.

44. Solo pudieron ser creadas en colisiones de alta energía.

46. Proporcionar las infraestructuras necesarias para la investigación en física de alta energía.

47. Organizar y patrocinar la cooperación internacional en la investigación.

48. Promocionar el contacto entre los científicos

49. Facilitar el intercambio con otros laboratorios e institutos.

50. Difundir la información obtenida

51. Fomentar el avance tecnológico

53. 12. Gran Colisionador de Hadrones 13. Estructura 14. Funcionamiento 15. Experimentos LHC

55. Se puso en funcionamiento en agosto de 2008 y en 2010 consiguió recrear un "mini Big Bang“ mediante el choque de iones.

56. Se trata de un acelerador circular de 27 km de longitud y ocho kilómetros de diámetro.

59. El interior del tubo del acelerador se encuentra dotado de una compleja estructura de imanes interconectados:

60. Con 1232 potentes imanes bipolares que obligan a los protones a describir órbitas circulares

61. Con 9300 imanes multipolares que focalizan los haces, impidiendo su dispersión debida a la repulsión eléctrica entre los protones

64. El LHC opera a la temperatura de 1,9 K. A esta temperatura todos los cables de los imanes dipolares (de niobio y titanio) se comportan como semiconductores conduciendo la corriente sin resistencia.

66. Se encuentran cerrados al vacío, la presión en su interior es del orden de una mil millonésima de atmósfera.

70. Un sector siempre contiene una inserción total.

72. Cada sección contiene 154 dipolos magnéticos conectados en serie que constituyen un mismo sistema criostático.

74. Una inserción es una sección recta con dos regiones de transición, una en cada lado.

76. Los protones se obtienen en el Duoplasmatrón cilindro de metal en el que se inyecta hidrógeno, que sometido a un campo eléctrico se disocia en protones y electrones Este proceso da lugar a un 70 % de protones.

77. El segundo paso consiste en ACELERAR LOS PROTONES, lo cual se realiza en varias etapas:1. Los protones son inyectados en el acelerador lineal (LINAC2) que los acelera hasta los 50 MeV.

78. 14. Funcionamiento II 2. Cuando salen del Linac2 entran en el primer acelerador circular, PS Booster, para salir de él con 1.4 GeV. 3. El haz pasa al segundo anillo de aceleración el Sincrotrón de Protones (PS) donde es acelerado hasta los 25 GeV. 4. A continuación los haces son enviados al Súper Sincrotrón de Protones (SPS) donde se prepara a los protones para su entrada en el anillo principal, estos son acelerados hasta los 450 GeV, en un proceso que puede durar varios meses. 5. Finalmente, los protones son transferidos al LHC (en los dos sentidos), donde los haces de protones serán acelerados hasta los 7 TeV.

80. Los protones viajan en grupos (bunches) de 7,48 cm de longitud y con 1 mm2 de sección, cuando están lejos de zonas de interacción, y son reagrupados en bunches de 16 x16 μm en las zonas de interacción, próximas a los detectores.

82. ATLAS

83. CMS

84. ALICE

85. LHCb

86. TOTEM

87. LHCF

88. MoEDAL

89. Cada experimento es distinto, y se realiza en los diferentes detectores que tiene el complejo.

91. Concebido para investigar las fuerzas fundamentales del Universo y la naturaleza básica de la materia.

92. Objetivo: Detectar las partículas que aparecen tras la colisión de protones : Bosón de Higss, partículas de materia negra, energía oscura, etc.

93. Sistema magnético toroidal, con ocho bobinas de imanes superconductores alrededor de un tubo. Detector interno.

94. Diseño: barril más tapas finales

95. Dimensiones: Mide 46 metros de largo, 25 metros de alto y 25 metros de ancho. Pesa 7000 toneladas.

98. Objetivo: Detectar las partículas que aparecen tras la colisión de protones : Bosón de Higss, partículas de materia negra, ….. Concebido para investigar las fuerzas fundamentales del Universo y la naturaleza básica de la materia.

99. Sistema magnético solenoide (enorme imán en forma de bobina cilíndrica)

100. Diseño: barril más tapas finales

101. Dimensiones: 21 m de largo, 15 m de ancho y 15 m de altura. Pesa 12 500 T

105. Dimensiones: 26 m de largo, 16 m de ancho. Pesa 10 000 T

107. Detector interno (ITS)

108. Detector HMPID que determina la velocidad de las partículas

109. Cámara TPC que es el sistema principal de rastreo de iones pesados

110. Cámara de rastreo que registra el rastro que dejan las partículas cargadas, proporcionando imágenes en tres dimensiones.

112. 15.3. ALICE (ALarge Ion Collider Experiment)

114. Diseño: espectrómetro delantero con detectores planos

115. Dimensiones: 21m de largo, 10m de altura y 13m de ancho . Peso: 5600 toneladas

117. Detector de vértice que registra las trayectorias de las partículas cerca del punto de colisión para detectar las desintegraciones que contienen quarks y antiquarks.

118. Detectores de anillos Cherenkov (RICH) pieza clave en la identificación de partículas.

119. Detector de trazas que mide con precisión las trayectorias de las partículas cargadas en una región próxima a la colisión.

123. Roman Pot: utilizado para detectar protones

124. Cathode Strip Chambers y el detector GEM: que miden los chorros de partículas producidas en las colisiones que salen frontalmente del punto de colisión.

125. Dimensiones: 440 m de longitud, 5 m de altura y 5 m de anchura. Peso 20 T

128. Utiliza partículas creadas en el interior del LHC como una fuente para simular los rayos cósmicos en condiciones de laboratorio.

129. El objetivo de este experimento es el estudio de las secciones eficaces para la producción de partículas neutras generadas en direcciones prácticamente paralelas a las de los haces de protones o núcleos.

130. Este estudio es muy importante para la comprensión de las cascadas de partículas producidas en la atmósfera como consecuencia de las colisiones de Rayos Cósmicos de Ultra Alta energía.

131. Sus detectores son dos calorímetros electromagnéticos de sólo 10 cm largo, 30 cm ancho y 90 de alto. Sus dos detectores, pueden medir con gran precisión el número y energía de los piones neutros y otras partículas producidas en choques frontales

134. Tiene unas dimensiones modestas y esta ubicado en la caverna en la que se encuentra el experimento LHCb, más exactamente añadido al VELO.