Partículas Elementares


Carga horária semanal: 3 h Teóricas + 1 h Prática
Corpo docente: Sérgio Ramos


Objectivo:

É uma introdução ao vasto tema da Física de Partículas (ou Física de Altas Energias). Segue-se uma abordagem histórica da descoberta das partículas e estabelecimento das suas propriedades, em inter-relação com o desenvolvimento dos conceitos teóricos. Dá-se ênfase aos aspectos experimentais, nomeadamente às experiências mais relevantes, bem como às principais técnicas de aceleração e de detecção. A disciplina enquadra-se no conjunto das outras opções desta área (Introd. à Teoria do Campo, Introd. às Teorias de Unificação, Tópicos em Física de Partículas, Relatividade e Cosmologia)


Programa:

Introdução: A hipótese atomística ao longo da história; modelos do átomo; experiência de Rutherford; secção eficaz total e diferencial; o núcleo atómico; hipóteses sobre os constituintes do núcleo. Classificação das interacções.
Descoberta e propriedades das partículas elementares: a força nuclear e a hipótese de Yukawa; potencial de Yukawa. Muões e piões. Neutrinos; números leptónicos. Partículas e antipartículas; o positrão; o antiprotão. Partículas estranhas: produção, massas, spins, secções eficazes; número bariónico; desintegração. Massa invariante; sua distribuição. Isospin; sua aplicação à fenomenologia das interacções. Largura espectral e vida média. Espectroscopia hadrónica.
Modelo de quarks: SU(2); SU(3); sistemas de 2 e de 3 objectos; multipletos de bariões e mesões. Mesões-vector; seus decaímentos leptónicos; processo de Drell-Yan. Espectroscopia de mesões pesados: famílias do Psi e do Upsilon; quarks charm e beauty; regra de Zweig; quark top.
Simetrias: contínuas e discretas. Translacções e rotações. Paridade; conjugação de carga; inversão do sentido do tempo; CP; CPT.
Interacções fracas: o decaímento beta e a teoria de Fermi; violação da paridade e helicidade do neutrino; a interacção V-A; decaímentos fracos de partículas estranhas e a teoria de Cabbibo; as correntes neutras e a necessidade de charm; descoberta dos bosões W+, W- e Z; decaímento do K°; oscilações de estranheza; regeneração de K°; violação de CP na desintegração de K°.
Aceleradores: aceleradores electrostáticos; ciclotrão; acelerador linear; sincrotrão; feixes primários e secundários; colisionadores.
Detectores: câmaras de bolhas e de faíscas, câmaras multifios e de deriva; detectores de tempo de voo e Cerenkov; calorímetros electromagnéticos e hadrónicos; magnetes.
Perspectivação de tópicos avançados: a difusão inelástica profunda, o modelo dos partões, QCD; grande unificação e cosmologia.


Bibliografia:

"Introduction to High Energy Physics", D. Perkins
"The Experimental Foundations of Particle Physics", R. Cahn e G. Goldhaber
"Introduction to Elementary Particles", D. Griffiths
"Detectors for particle radiation", K. Kleinknecht
"Statistics for nuclear and particle physicists", L. Lyons


Avaliação de conhecimentos:

Execução de problemas de cada capítulo e exposição oral final sobre um tema proposto.

NOTA
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