Métodos Experimentais em Física de Partículas
Sérgio Ramos
Parte I - Estrutura do Nucleão
1. Introdução
Interacção electrão-nucleão: cinemática dos vértices leptónico
e hadrónico.
O plano (ν,Q²) e a difusão inelástica profunda (DIS).
Os resultados experimentais de DIS e a necessidade de constituintes 'duros' e
'pontuais' do nucleão.
2. Difusão inelástica profunda
Interacções electrão-muão e electrão-protão.
Factores de forma.
Difusão elástica e inelástica.
Secções eficazes transversas σT e longitudinais σL .
Funções de estrutura.
Invariância de escala de Bjorken.
3. Modelo dos partões
Obtenção de F₁(x) e F₂(x).
Relação de Callan-Gross.
Os partões como quarks:
- Spin dos partões e sua relação com σL e σT ;
simetria de isospin;
o nucleão no modelo de quarks;
regras de soma (estranheza, carga eléctrica, isospin);
partões de valência e do mar;
gluões.
Difusão de neutrinos (introdução):
- Correntes carregadas e correntes neutras;
corrente partónica como
combinação linear de vector e vector-axial;
proporção das
componentes esquerda e direita;
secção eficaz e termo de violação
da paridade;
a função de estrutura F₃(x); distribuições
angulares;
modelo de Weinberg-Salam e o ângulo de mistura θW ;
seu valor experimental e consequências sobre a forma da corrente.
Previsões experimentais do modelo dos quarks.
Fracção de momento do nucleão transportado pelos gluões.
Universalidade das funções de ditribuição dos quarks.
Regras de contagem.
Comportamento das funções de estrutura:
- Limites para x → 0 e x → 1;
forma geral,
para valência e mar;
comparação com valores experimentais.
4. Partões em Cromodinâmica Quântica
Emissão de gluões; produção de pares q qbar.
Equação de evolução de Altarelli-Parisi.
Comparação com os dados experimentais.
5. Modelo dos partões e QCD na aniquilação e⁺e⁻
Conceito de cor; a razão R.
Funções de fragmentação, D(z):
- Regras de soma; limites dos D(z) para z → 0 e z → 1;
forma geral para quarks, antiquarks e gluões;
invariância de escala e sua violação;
universalidade das funções de fragmentação.
Parte II - Detectores em Física de Partículas
- Medição de posição: câmaras proporcionais multifios (MWPC); câmaras de
deriva, câmaras de projecção temporal (TPC); câmaras de microstrips de silício.
- Medição de tempo: fotomultiplicadores (PM) e PMs multianódicos; cintiladores
e guias de luz.
- Medição de velocidade: medição de tempo de voo (TOF); detectores Cherenkov
de limiar, diferenciais e de anel (RICH); detectores de radiação de transição.
- Medição de energia: calorímetros electromagéticos; calorímetros hadrónicos.
- Medição de momento: magnetes deflectores -- dipolo; solenoide; toroide com
centro de ferro e de ar. Espectrómetros, simples e duplos.
- Associação de diferentes tipos de detecção: identificação de partículas.
- Métodos de calibração de detectores.
Parte III - Aplicações
- Fotoprodução de hadrões e hadroprodução de fotões.
- Hadroprodução de hadrões. Jactos de partículas.
- Produção e desintegração de sabores pesados.
- Produção de pares de Drell-Yan. Física do W e Z.
- Colisões de iões pesados ultra-relativistas.
- As funções de estrutura e o spin dos partões. Polarização dos quarks e do gluão.
- A física do LHC: Higgs, quark top, decaimentos raros, pesquisa de exóticos.
Bibliografia
Textos de Apoio sobre Estrutura do Nucleão e sobre Detectores, S.Ramos, 2007/2018
"Quarks and Leptons", F.Halzen, A.D.Martin
"An Introduction to Quarks and Partons", F.Close
"Hadron Interactions", P.Collins, A.D.Martin
"The Spin Structure of the Proton", Steven Bass
"Modern Particle Physics", Mark Thomson
"Particle detectors", C.Grupen.
"Probability and Statistics in Experimental Physics", B.Roe.
"Structure functions of hadrons and photons", J.Feltesse, Proc. Int.
Phys. Conf. on H.E.P., Bari, 1985.
"Partons in Quantum Chromodynamics", G.Altarelli, Phys. Rep. 81, nº1, 1981
"Hard scattering of hadrons and photons", D.Treille, Proc. Int. Europh.
Conf. on H.E.P., Bari, 1985.
"Jets in high-energy interactions", R.Barlow, Rep. Prog. Phys. 56 (1993) 1067
"Spectroscopy of heavy quarks", H.Schröder, in Proc. XXIV Int. Conf. on
H.E.P., Munique, 1988.
"The Drell-Yan process", I.R.Kenyon, Rep. Prog. Phys. 45, 1982.
"Dynamique des collisions noyau-noyau a tres haute energie", J.P.Blaizot,
Cours de l'Ecole de Gif 1988.