Física de Altas Energias - Instituto de Física / UFRJ

Física de Altas Energias:
desafios e perspectivas
Planejamento Estratégico do CBPF
Setembro, 2005
J. R. T. de Mello Neto
IF - UFRJ
Desafios científicos: Modelo padrão
• Existência de uma teoria bem estabelecida e de grande sucesso em
descrever/prever os fenômenos experimentais – contêm em si mesma
indicações claras de suas limitações;
• O MP acomoda todas as partículas elementares conhecidas,
incorpora as simetrias e sucessos da eletrodinâmica quântica, da
teoria V-A das interações fracas e do modelo a quarks.
• Submetido a verificação experimental intensa, não há sinais de
discrepância em relação aos dados;
• Predições: demonstração da existência e propriedades das correntes
neutras, bósons W e Z, lépton tau, quarks charm, bottom e top.
• Resultados fortemente vinculados: correções eletrofracas ao cálculo
2
do sin W levaram a mt  169  24 GeV, compatível com o valor
medido.
Desafios científicos: além do Modelo Padrão
• Física eletrofraca (D0,CMS)
• O que ocasiona a quebra de simetria?
• Dinâmica?
• Teoria de perturbações ( M H  700 GeV ) ?
→ descoberta do Higgs
•
•
•
•
•
Supersimetria (D0, CMS, LHCb)
Violação de CP (LHCb)
Decaimentos raros, FCNC (Focus)
Física de sabores de quarks (LHCb)
Física de sabores de léptons (Angra??)
Desafios científicos: astrofísica/cosmologia
• Raios cósmicos: produção (top-down vs bottom-up), efeito GZK
(simetria de Lorentz), objetos compactos... – Ecm ~ 100 TeV já
exploram energias acima da escala fraca! AUGER
• Cosmologia: energia escura e matéria escura 95% do conteúdo
material do universo;
• Matéria escura: muitos candidatos (WIMP) – motivação fundamental
para física nova na escala das int. fracas (ILC, CMS...) Ex:
neutralinos;
• Bariogênese: MP satisfaz às cond. de Shakharov mas não é
suficiente para explicar a assimetria bariônica – indicação de física
além do MP !
• Energia escura: basicamente não se conhece nada! Exploração do
potencial e do(s) bósons de Higgs pode fornecer alguma pista sobre
partículas escalares e energia do vácuo...
Capacitação da ciência brasileira
• Alguns grupos atuantes:
– Física de colisores (Dzero, Delphi, LHCb, CMS, ATLAS)
– Física de Alvo Fixo (E769, E791, Focus, Selex, Minos)
– Raios cósmicos (Auger)
• Mais destaque:
– Análise física dos dados;
– Projetos de software;
– Montagem e operação nos laboratórios internacionais;
• Contribuições ocasionais:
– Detetores ou partes de detetores fabricados no Brasil;
– Projetos de eletrônica;
• Participação de forma mais autônoma e propositiva;
– Fortalecimento das lideranças científicas!
Experiência
•
•
•
•
•
•
Tracking e identificação de partículas;
Gatilho de baixo nível;
Simulação;
Projetos de hardware;
...
Dalitz plots;
Dalitz Plots
Métodos para detecção de violação de CP ( B  f  B  f )
NB  NB
NB  NB
contagem
contagem dep. do tempo
análise de Dalitz
análise de Dalitz dep. do tempo
N B (t )  N B (t )
N B (t )  N B (t )
2

2

2
2

2

M B (m , m ) vs M B (m , m )
2
2
M B (m , m )( t ) vs M B (m , m )( t )
2

2

2

2

2
Um novo paradigma para medidas dos parâmetros fundamentais
Lepton Photon 05: primeira medida útil de  , uma medida de
ambiguidade quadrática em  !
12o <


e resoluçao da
< 137o (BaBar) e 22o <  <113o (Belle) (dois sigmas)
Sugestões para o CBPF
• Em geral: manter/aumentar o nível de atuação nos vários projetos;
• Identificar lideranças agregadoras no CBPF e incentivar grupos
produtivos;
• Explorar “janelas de oportunidades” em experimentos futuros;
• Tomar responsabilidades bem definidas nos grandes experimentos
com ousadia mas com o cuidado de avaliar a factibilidade do
projeto – visibilidade positiva de tarefas sob responsabilidade
explícita de pesquisadores da casa;
• Aproveitar a experiência em projetos anteriores para tomar
responsabilidades nas grandes colaborações;
• Peculiariedades do CBPF:
• Centro de pesquisa: mais flexibilidade em viagens, dedicação exclusiva à
pesquisa, localização privilegiada;
Projeção nacional que deveria ter?
Papel mais central e distinto dos vários departamentos de física nas
universidades brasileiras?
Perspectivas
• Milênio – experiência construtiva
– Atividades integradoras da área (hardware, ferramentas comuns de
software e simulação)
• Cenário dos próximos 5 anos:
– LHCb - montagem do detetor (pequenos projetos de hardware),
algorítmos e análise de dados;
– D0/CMS – computação, operar/analisar o FPD, integração no CMS
– Auger - liderança local, publicação dos resultados do Auger Sul,
upgrade do detetor no Sul e projeto/construção do observatório Norte
– Neutrinos em Angra – simulação e projeto mais definido.
• Futuro
– International Linear Collider
– Neutrinos em Angra
– ??
Questões mais gerais da área
• Planejamento a longo prazo;
• Credibilidade nas assinaturas de Agreements, Memorandum of
Understanding, etc;
• Avaliação dos pesquisadores e dos grupos baseadas em critérios
que contemplem todas as possíveis contribuições porém mais
estritos: separar a participação ativa e criativa em um experimento
da atitude burocrática, passiva ou até mesmo apenas nominal.
• Articulação com empresas ou centros de pesquisas em projetos de
aplicação e desenvolvimento de tecnologias de ponta;
• Investimento em projetos de desenvolvimento de detetores e
sistemas eletrônicos;