Introducción a la Física de Partículas: Física, Detectores y Análisis

Año 2016

Objetivo:

Este curso tiene por objetivo exponer por primera vez y de manera sucinta los conceptos básicos de la Física de Partículas, haciendo un énfasis particular en sus detectores y en las herramientas/técnicas de análisis de datos.

Orientado a:

Estudiantes avanzados de pregrado y a quienes inician sus estudios de postgrado en Física, Ingeniería Física y carreras afines. Se supone conocimientos

básicos de Mecánica Cuántica, Electromagnetismo y Mecánica Estadística

Descripción:

Consta de cinco módulos y un proyecto. El curso tendrá una duración aproximada entre 60h y 80h académicas. Los estudiantes se organizarán por

equipos de trabajo y deberán realizar un proyecto durante el curso. Durante el curso se desarrollarán sesiones virtuales de presentación y de asesoría a los grupos por parte de los instructores y tutores locales. También se desarrollarán conferencias de expertos

sobre temas relacionados con el curso. Los módulos son:

  1. Introducción a la física de partículas (12h)
  2. Aceleradores, detectores de partículas y radiación (18h)
  3. Herramientas y conceptos para el análisis de datos (12h)
  4. Desde la toma de datos al análisis: Algunos resultados resultantes en física de partículas (10h) (Seminarios)
  5. Preparación y presentación del proyecto (10h)

    Total: 60h (reorganizar) ?

Instructores desde el CERN:

 

Módulo 1: Introducción a la física de partículas

⇒ 12h ( clases + asesorías)

Responsables:

Homero Martinez, Daniela Paredes

 Contenido aproximado:

1) Introducción histórica.

2) Repaso e introducción de conceptos teóricos:

cinemática relativista, mecánica cuántica, simetrías, teoría de perturbaciones en teoría cuántica de campos, diagramas de Feynman. Observables: tasas de decaimiento y secciones eficaces.

3) Electrodinámica cuántica,

algunos procesos elementales, ejemplo de cálculo de una sección eficaz a LO.

4) El modelo estándar:

Cromodinámica cuántica y teoría de la interacción electrodébil. Limitaciones del modelo estándar.

5) Modelos de Física más allá del modelo estándar.

Breve reseña de SUSY, dimensiones-extra, Technicolor,  Higgs compuesto, cuarta generación.

Referencias bibliográficas y material online

  • David Griffiths,
  • Introduction to Elementary Particles. Wiley-VCH
  • F. Halzen and A. Martin,
  • Quarks & Leptons: An introductory course in modern particle physics. John Wiley
  • & Sons, New York, USA, 1984.
  • Donal H. Perkins,
  • Introduction to High Energy Physics. Cambridge University press.
  • Peskin. M, Schroeder D. Introduction to Quantum Field Theory. Westview Press.
  • R. Contino. The Higgs as a Composite Nambu-Goldstone Boson.
  • arXiv:1005.4269v1
  • J. R. Ellis. Limits of the Standard Model. arXiv:hep-ph/0211168 [hep-ph].
  • J. R. Ellis. Lectures at 2001 CERN Summer School, Beatenberg, Supersymmetry for Alp hikers, arXiv:hep-ph/0203114.
  • K. Lane. Two Lectures on Technicolor. l’Ecole de GIF at LAPP, Annecy-le-Vieux, France, 2002,
  • arXiv:hep-ph/0202255.
  • S. Martin. A Supersymmetry Primer. arXiv:hep-ph/9709356v6.
  • A. Pérez-Lorenzana. An Introduction to Extra-Dimensions.
  • arXiv:hep-ph/0503177v2
  • L. Randall and R. Sundrum. A Large mass hierarchy from a small extra dimension.
  • Phys.Rev.Lett., 83:3370-3373, 1999, arXiv:hep-ph/9905221 [hep-ph].
  • T. Rizzo. Pedagogical Introduction to Extra-Dimensions.
  • arXiv:hep-ph/0409309v2.
  • M. Schmaltz and D. Tucker-Smith. Little Higgs Review.
  • arXiv:hep-ph/0502182v1

 

Módulo 2: Detectores de partículas y radiación

⇒ 16 horas ( clases + asesorias )

Responsables:

Reina Camacho, Alejandro Pérez , Joany Manjarrés, Heberth Torres + ??? (quién se encarga de la clase de aceleradores?)

1 ) Fundamentos físicos de aceleradores de partículas:

¿Aceleradores o masificadores?; Clasificación de aceleradores: por función, por energía, por estructura; Colisionadores; Componentes de un acelerador;

Aplicaciones.

2) Fundamentos físicos de detección de partículas:

 Distintas fuentes de radiación; Interacciones de partículas y radiación gamma con la materia; Electrones e iones en gases; Cantidades caracterizando detectores.

3) Medidas de Ionización:

Cámaras de ionización; Contadores proporcionales; Contadores Geiger-Mueller; Detectores semi-conductores.

4) Medidas de posición:

Cámara proporcional de múltiples cables; Cámaras de deriva;  Cámara de proyección temporal; Detectores de silicio: micro-pistas y micro-pixels; Fibras destelladores.

5) Medidas de tiempo:

Tubos foto-multiplicadores; Destelladores; Detectores de silicio híbridos.

6) Medidas de energía:

Contadores de cascada, electró

n-fotón: Calorímetros electromagnéticos; Calorímetros hadrónicos.

7) Identificación de partículas:

 Contadores de neutrones;  Medidas de tiempo de vuelo; Contadores Cherenkov; Detectores de radiación de transición; Medidas de ionización múltiple.

8) Medidas de momentum. Sistemas de adquisición y Trigger. Ejemplos de detectores interés general:

Fábricas B: BaBar/Belle, Belle-II; LHC: ATLAS, CMS, LHCb, ALICE; IceCube, T2K, Auger, DoubleChooz.

Referencias bibliográficas y material online sobre aceleradores

  • S. Humphries Jr. Charged Particle Beams John Wiley & Sons, Inc., Albuquerque
  • (1990)
  • Ian G. Brown. The Physics and Technology of Ion Sources. WILEY-VCH
  • B. Wolf. Handbook of Ion Sources CRC Press (1995)
  • P. Bryant and K. Johnsen. The Principles of Circular Accelerators and Storage
  • Rings (Cambridge University Press, Cambridge, 1993)
  • A. Chao and M. Tigner, Handbook of Accelerator Physics and Engineering (World
  • Scientific, Singapore, 1999)
  • Trans-European School of High Energy Physics. Summer School. 2012.  http://events.lal.in2p3.fr/TESchool12/program.html

Referencias bibliográficas y material online sobre detectores

  • Dan Green,
  • The physics of particle detectors. Cambridge University Press
  • Claus Grupen and Brois Shwarts,
  • Particle detectors. Cambridge University Press
  • R.Wigmans:
  • Calorimetry: Energy Measurement in Particle Physics,
  • Clarendon Press

—————– Organización detallada —————–

Semana1:

– Clase 1: Fundamentos físicos sobre aceleradores de

partículas

– Clase 2: Fundamentos físicos de la detección de partículas

Semana2:

– Clase 2: Detectores gaseosos, liquidos y destelladores

– Clase 1: Detectores semi-conductores y tracking

Semana3: Reina (Luis)

– Clase 1: Calorímetros y fotomultiplicadores (22/10/14)

– Clase 2: PID y trigger

Semana4:

– Clase 1: Clases extra de solo ejercicios varios+ discusión

– Clase 2: GEANT4

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Módulo 3: Herramientas y conceptos de análisis de datos

⇒ 12 horas ( clases + asesorias )

Responsables:

Arturo Sánchez, Camila Rangel Smith  

Conceptos basicos de estadistica;

Selección de datos: conceptos de un análisis real;  Linux y bases de lenguajes de programación:

C++ y Python. GEANT4:

Simular un detector y su interacción con la materia; ROOT:

herramienta de análisis grandes volúmenes de datos: Tutoriales y ejemplos Online y Offline.

Computación distribuida dentro de experimentos de Altas Energías.

Tema interdisciplinario:

El boom de la Big Data: Análisis de datos en el sector privado y la industria.

Referencias bibliográficas y material online

 

Módulo 4: Desde la toma de datos al análisis: Algunos

resultados resaltantes en Física de Partículas

⇒ 10 horas (clases + asesorias)

Los más recientes resultados para cada tópico serán presentados en este módulo. Resultados presentados en conferencias internacionales serán utilizados. Las referencias bibliográficas serán incluidas en cada presentación respectivamente.

  • Definir lista de tópicos + speakers (5 seminarios)

 

Módulo 5:   Proyecto a desarrollar en el curso: 4 semanas 

⇒ 10 horas (clases)

Al final del curso los estudiantes realizarán un informe y  presentarán los resultados del proyecto en el marco del centro virtual CEVALE-VEN