Rezonanse, Wykresy Dalitza. Lutosława Mikowska

Podobne dokumenty
Cząstki elementarne i ich oddziaływania III

Szczególna i ogólna teoria względności (wybrane zagadnienia)

REZONANSY : IDENTYFIKACJA WŁAŚCIWOŚCI PRZEZ ANALIZĘ FAL PARCJALNYCH, WYKRESY ARGANDA

Metody Lagrange a i Hamiltona w Mechanice

Szczególna i ogólna teoria względności (wybrane zagadnienia)

Dynamika relatywistyczna

VI.5 Zderzenia i rozpraszanie. Przekrój czynny. Wzór Rutherforda i odkrycie jądra atomowego

Reakcje jądrowe. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys 1

Reakcje jądrowe. X 1 + X 2 Y 1 + Y b 1 + b 2

Zderzenia relatywistyczna

Reakcje jądrowe. kanał wyjściowy

Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach

Zderzenia relatywistyczne

Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Spis treści. Przedmowa redaktora do wydania czwartego 11

VII.1 Pojęcia podstawowe.

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Model uogólniony jądra atomowego

Przejścia kwantowe w półprzewodnikach (kryształach)

Zderzenia relatywistyczne

V.6.6 Pęd i energia przy prędkościach bliskich c. Zastosowania

PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ

Dynamika relatywistyczna

V.6 Pęd i energia przy prędkościach bliskich c

Skrajne modele mechanizmu reakcji

Prędkość fazowa i grupowa fali elektromagnetycznej w falowodzie

WSTĘP DO FIZYKI JADRA ATOMOWEGOO Wykład 10. IV ROK FIZYKI - semestr zimowy Janusz Braziewicz - Zakład Fizyki Atomowej IF AŚ

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

Symetrie w fizyce cząstek elementarnych

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Oddziaływania słabe i elektrosłabe

Cząstki elementarne. Składnikami materii są leptony, mezony i bariony. Leptony są niepodzielne. Mezony i bariony składają się z kwarków.

Salam,Weinberg (W/Z) t Hooft, Veltman 1999 (renomalizowalność( renomalizowalność)

h 2 h p Mechanika falowa podstawy pˆ 2

Oddziaływania. Zachowanie liczby leptonowej i barionowej Diagramy Feynmana. Elementy kwantowej elektrodynamiki (QED)

Rozkłady wielu zmiennych

Zagadnienia na egzamin ustny:

Fizyka do przodu w zderzeniach proton-proton

Boska cząstka odkryta?

BADANIE ELEKTRYCZNEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków).

Komputerowa Analiza Danych Doświadczalnych

Atomowa budowa materii

Równanie Schrödingera

Drgania i fale II rok Fizyk BC

Rozkład nauczania fizyki w klasie II liceum ogólnokształcącego w Zespole Szkół nr 53 im. S. Sempołowskiej rok szkolny 2015/2016

Oddziaływania. Przekrój czynny Zachowanie liczby leptonowej i barionowej Diagramy Feynmana. Elementy kwantowej elektrodynamiki (QED)

Wstęp do oddziaływań hadronów

Początek XX wieku. Dualizm korpuskularno - falowy

WSTĘP DO FIZYKI CZĄSTEK. Julia Hoffman (NCU)

Promieniowanie X. Jak powstaje promieniowanie rentgenowskie Budowa lampy rentgenowskiej Widmo ciągłe i charakterystyczne promieniowania X

VII. CZĄSTKI I FALE VII.1. POSTULAT DE BROGLIE'A (1924) De Broglie wysunął postulat fal materii tzn. małym cząstkom przypisał fale.

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 18, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

gęstością prawdopodobieństwa

Rozdział 9 Przegląd niektórych danych doświadczalnych o produkcji hadronów. Rozpraszanie elastyczne. Rozkłady krotności

VI. 6 Rozpraszanie głębokonieelastyczne i kwarki

Fizyka dla Informatyków Wykład 8 Mechanika cieczy i gazów

Fizyka współczesna Co zazwyczaj obejmuje fizyka współczesna (modern physics)

Termodynamika Część 3

Podstawowe własności jąder atomowych

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

FALE MATERII. De Broglie, na podstawie analogii optycznych, w roku 1924 wysunął hipotezę, że

Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

WYKŁAD Prawdopodobieństwo procesów dla bardzo dużych energii, konieczność istnienia cząstki Higgsa

= sin. = 2Rsin. R = E m. = sin

ODWZOROWANIE W OŚWIETLENIU KOHERENTNYM

Rodzaje fal. 1. Fale mechaniczne. 2. Fale elektromagnetyczne. 3. Fale materii. dyfrakcja elektronów

Fizyka 12. Janusz Andrzejewski

Równania dla potencjałów zależnych od czasu

Wykład Budowa atomu 3

Opis ruchu obrotowego

λ(pm) p 1 rozpraszanie bez zmiany λ ze wzrostem λ p e 0,07 0,08 λ (nm) tł o

MiBM sem. III Zakres materiału wykładu z fizyki

Symetrie. D. Kiełczewska, wykład9

BADANIE PODŁUŻNYCH FAL DŹWIĘKOWYCH W PRĘTACH

Symetrie. D. Kiełczewska, wykład 5 1

Zadania z mechaniki kwantowej

Cząstki elementarne i ich oddziaływania

EGZAMIN MATURALNY 2013 FIZYKA I ASTRONOMIA

Projekt FPP "O" Kosma Jędrzejewski

Wiadomości wstępne. Krótka historia Przekrój czynny Układ jednostek naturalnych Eksperymenty formacji i produkcji

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

1 Płaska fala elektromagnetyczna

RÓWNANIE SCHRÖDINGERA NIEZALEŻNE OD CZASU

Ciało doskonale czarne absorbuje całkowicie padające promieniowanie. Parametry promieniowania ciała doskonale czarnego zależą tylko jego temperatury.

CZAS I PRZESTRZEŃ EINSTEINA. Szczególna teoria względności. Spotkanie II ( marzec/kwiecień, 2013)

Nauka o Materiałach. Wykład VIII. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste. Jerzy Lis

Symetrie. D. Kiełczewska, wykład 5 1

Mechanika Kwantowa. Maciej J. Mrowiński. 24 grudnia Funkcja falowa opisująca stan pewnej cząstki ma następującą postać: 2 x 2 )

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 18, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

WYKŁAD 8. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Oddziaływania słabe

IX. Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych. 1. Funkcja dwóch i trzech zmiennych - pojęcia podstawowe. - funkcja dwóch zmiennych,

Atomy mają moment pędu

TRYGONOMETRIA FUNKCJE TRYGONOMETRYCZNE KĄTA SKIEROWANEGO

Theory Polish (Poland)

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

Plan Zajęć. Ćwiczenia rachunkowe

Unifikacja elektro-słaba

Transkrypt:

Rezonanse, Wykresy Dalitza Lutosława Mikowska 19.10.2015 26.10.2015

REZONANSE Analizę fal parcjalnych można zastosować do opisu rozpraszania dwóch cząstek, traktując jedną jako centrum rozpraszające, a drugą jako falę przychodzącą. Jeżeli amplituda rozpraszania elastycznego: f l = η le 2iδ l 1 2i dla danego l i przy określonej długości fali (w układzie CMS) osiąga maksimum, to mówi się, że rozpatrywane cząstki rezonują. Powstały stan rezonansowy jest opisany jest przez wybraną wartość momentu pędu, określoną parzystość i izospin oraz masę odpowiadającą cząstką na które się rozpadają, dlatego nazywane są też cząstkami rezonansowymi, lub rezonansami. Rezonanse są niemierzalnie krótko-żyjące. Ich średni czas życia wynosi: τ = 10 23 s! (to jest ich cecha charakterystyczna) Dlatego opisujemy je raczej szerokością: Γ = ħ, czyli naturalnym τ rozmyciem energii: ( E)( t)~ħ

Wzór rezonansowy Breita-Wignera (rozważamy cząstki bez spinowe S=0) Amplituda f l osiąga maksimum gdy jej przesunięcie fazowe przejdzie przez δ = π 2. Elastyczne rozpraszanie ->bez absorbcji -> η = 1, opuszczamy wskaźnik l : f l = e2iδ 1 = eiδ (e iδ e iδ ) 2i 2i 1 =e iδ sin δ = Dla rezonansu E = E R i δ = π 2 ctg δ i = więc ctg δ 0, Wykres Arganda, T=f(l) Rozwijamy ctgδ E w szereg Taylora wokół E R : ctgδ E = ctgδ E R +(E-E R ) d ctg(e) 2 + E E de R E=E R Γ

Wzór rezonansowy Breita-Wignera cd. Rozwijamy ctgδ E w szereg Taylora wokół E R : ctgδ E = ctgδ E R +(E-E R ) d ctg(e) 2 + E E de R E=E R Γ ctgδ E R = 0 i wprowadzamy 2 Γ = d de ctg E E=E R, można zaniedbać dalsze człony rozwinięcia, jeżeli E E R Γ E R. Wtedy: Podstawiamy do σ el f l = 1 ctg δ i = Γ/2 E R E iγ 2 dla fal parcjalnych: σ el = 4πƛ 2 (2l + 1) f(l) 2 l i otrzymujemy wzór Breita- Wignera: σ el (E) = 4πƛ 2 (2l + 1) Γ 2 /4 E R E 2 Γ2 4

Rezonanse powstają w procesie rozpraszania cząstek, na wykresie σ el (E) widoczne są w postaci pików o kształcie krzywej rezonansowej. W przypadku elastycznego rozpraszania, rezonanse rozpadają się na cząstki z których powstały a + b r, r a + b W ogólności, w procesie rozpraszania rezonanse mogą się tworzyć i rozpadać na różne sposoby W trakcie rozpraszania może powstawać kilka różnych rezonansów, a ich krzywe mogą się przekrywać piki się zlewają problem z określeniem masy rezonansu

Przykład: rezonans (1232)

Metoda przesunięć fazowych

Rezonanse w rozpadach trójciałowych Rezonanse r często towarzyszą rozpadom trójciałowym: M r + c a + b + c Dla rozpadów dwu-ciałowych: M 1 + 2 pędy p 1 i p 2 są całkowicie określone przez prawo zachowania energii i pędu. Rozpady trójciałowe: M 1 + 2 + 3 mają więcej stopni swobody więcej konfiguracji stanów końcowych cząstek. 1 1 1 2 2 3 2 3 3

Rozpady trójciałowe c.d Opisując stan końcowy trzech cząstek 4-pędami mamy 12 parametrów!!! Jednak nie wszystkie są niezależne: cząstki 1,2,3 rozpadają się w tej samej płaszczyźnie -3 parametry E i = m 2 i p 2 i - 3 parametry Prawo zachowania pędu p M = p 1 + p 2 + p 3, i E M =E 1 + E 2 +E 3 redukuje 3 parametry możemy obracać układem w płaszczyźnie rozpadu bez konsekwencji/efektu -1 parametr Zostają nam tylko 2 niezależne parametry!!!. Które mogą być wybrane na różne sposoby. Wybrane parametry odkłada się na osi rzędnych i odciętych wykresu Dalitza. W oryginalnym wykresie Dalitz (1953) wykorzystał energie kinetyczne cząstek powstałych w rozpadzie. We współczesnych wykresach wykorzystuje się masę niezmienniczą (dalsze slajdy).

WYKRESY DALITZA Efektywne narzędzie do analizy rozpadów trójciałowych: dostarczają informacji o masie, czasie życia i spinie cząstek Powszechnie używane narzędzie do badania mechanizmu produkcji cząstek w zderzeniach elementarnych Wizualna reprezentacja przestrzeni fazowej rozpadu cząstki na kilka cząstek Przedstawia gęstość zdarzeń odpowiadającą określonym wartościom energii cząstek na które rozpada się układ

Przestrzeń fazowa układu trzech ciał Prawdopodobieństwo rozpadu cząstki w stanie początkowym i na cząstki końcowe stan f : W = 2π ħ M if 2 ρf M if - element macierzowy przejścia ze stanu f do i, ρ f =dn/de -gęstość stanów końcowych Liczba dostępnych dn stanów kwantowych w przestrzeni fazowej cząstki trafiającej w kąt brylowy dω na jednostkową objętość: dn = V p2 dpdω h 3 Dla rozpadu trójciałowego M 1 + 2 + 3 w CMS (ukł. środka masy): dn ~ p 2 1 dp 1 p 2 2 dp 2 dω 1 dω 2 Gdyż w CMS, p 3 = p 1 + p 2 jest ustalony i zależny, zatem w dn nie ma członu zależnego od p 3.

Przestrzeń fazowa układu trzech ciał cd. dn ~ p 1 2 dp 1 p 2 2 dp 2 dω 1 dω 2 Gdy stan i jest niespolaryzowany to rozkład stanów f będzie izotropowy. dω 1 = 1, dω 2 = d cosθ 12 2 Element M if jest w postaci lorentzowsko niezmienniczej. Żeby dn też miało taką postać, włączamy czynnik 1 dla każdej cząstki, który jest E konsekwencją skrócenia Lorentza: Otrzymujemy: V Vm E ~ 1 E dn = const p 1 2 dp 1 p 2 2 dp 2 d cosθ 12 E 1 E 2 E 3

Przestrzeń fazowa układu trzech ciał cd. Korzystając z wyrażeń na energie oraz ich różniczek: E 1,2 = p 2 1,2 + m 1,2 E 2 3 = p 2 1 + p 2 2 + m 2 1 +m 2 2 +2p 1 p 2 cosθ 12 E 1,2 de 1,2 = p 1,2 dp 1,2 E 3 de 3 = 2p 1 p 2 d(cosθ 12 ) (p 1, p 2 ustalone) Otrzymujemy: dn = const E 1dE 1 E 2 de 2 E 3 de 3 E 1 E 2 E 3 Energia całkowita: E f = E 1 + E 2 + E 3, E 1, E 2 ustalone więc de f = de 3 Stąd, jednorodna gęstość stanów końcowych: ρ = dn de f = const de 1 de 2

Przestrzeń fazowa -Wykres Dalitza Jeżeli M if 2 zależy od pędów i kątów cząstek, to uzyskamy niejednorodny rozkład gęstości na wykresie Dalitza: ρ = M(E 1, E 2 ) 2 de 1 de 2 Wykres Dalitza to wizualna reprezentacja przestrzeni fazowej rozpadu cząstki na kilka cząstek, Przedstawia gęstość zdarzeń odpowiadającą określonym wartościom energii cząstek na które rozpada się układ.

Oryginalny wykres Dalitza ( rok 1953) Orginalny wykres Dalitz zastosował do rozpadu: K + π + + π + +π Za dwa niezależne parametry przyjął: x = 3(T 1 T 2 ) Q y = 2T 3 T 1 T 2 Q p i -pędy, T i - energie kinetyczne, Q =T 1 + T 2 + T 3 masy pionów - jednakowe i prawie nierelatawistyczne, Wszystkie zdarzenia leżą wewnątrz trójkąta, bo Q =T 1 + T 2 + T 3 Ponadto: p 1 + p 2 + p 3 =0 (CMS) -> Wszystkie konfiguracje są wewnątrz okręgu o promieniu : r 2 = 4 9 [Q2 3(T 1 T 2 + T 3 T 2 + T 1 T 3 )]

Poprawka relatywistyczna W przypadku nierelatywistycznym punkty odpowiadające możliwym zdarzeniom będą leżały wewnątrz okręgu Po uwzględnieniu poprawek relatywistycznych obszar możliwych zdarzeń deformuje się W przypadku skrajnie relatywistycznym (p E T) Punkty będą leżały tylko wewnątrz trójkąta wpisanego

Parzystość K + Przewidywane rozkłady gęstości Rozkład uzyskany z eksperymentów Porównując wyniki eksperymentu z przewidywanymi rozkładami gęstości otrzymujemy parzystość mezonu:

Współczesne wykresy Dalitza - rozpady trójciałowe Obecnie w badaniu rozpadów: M a + b + c na osiach wykresu odkłada się kwadrat masy niezmienniczej: Czarny kontur stanowi kinematyczne ograniczenie wykresu i wynika z praw zachowania pędu i Energii. Możliwe zdarzenia (konfiguracje cząstek ) znajdują się wewnątrz konturu.

Kształt wykresu Dalitza Kształt wykresu zależy również od tego, czy rozpraszanie cząstek ma charakter relatywistyczny (trójkąt) czy nierelatywistyczny ( zniekształcona elipsa )

Rozkład gęstości Rozkład intensywności punktów na wykresie Dalitza zależy od modułu kwadratu elementu macierzowego przejścia ze stanu początkowego i do stanu końcowego M if 2 : ρ = M(E 1, E 2 ) 2 de 1 de 2 Jeżeli M if 2 =const -> rozkład będzie jednorodny Gdy produkty rozpadu M a + b + c, oddziałują ze sobą widoczne będą zagęszczenia i puste pola wewnątrz konturu

Rozkład gęstości Żółty: wektory pary cząstek są równoległe -> silne oddziaływanie między cząstkami Niebieski: rezonans cząstki 1 i 2 Czerwony oznacza obszar oddziaływań cząstki 3 z rezonansem

Rezonanse na wykresie Dalitza W rozpadach trójciałowych często powstają rezonanse: M r + c a + b + c Jeśli rezonans rozpada się: r a + b. To jego masa niezmiennicza: Rezonanse będą widzoczne na wykresie D. jako liniowe pasma:

Przykład rezonansu na Wykresie Dalitza: <- Wykres Dalitza dla rozpadu: K + p π + +π + Λ Odczytujemy rezonans - hiperonowy: Σ(1385) π /+ + Λ

Czas życia rezonansu Γ=ħ /τ,

Spin na Wykresie Dalitza

Konstruktywna interferencja

Destruktywna interferencja

Wykres Dalitza jest często symetryczny

Sprawdzian Kształt wykresu Rezonanse Spin

Sprawdzian Kształt wykresu Rezonanse Spin

Bibliografia http://www.slac.stanford.edu/slac/sass/talks/brianl.pdf http://www.indiana.edu/~jpac/resources/londergandalitzplot.pdf D.H Perkins Wstęp do fizyki wysokich energii, PWN Warszawa 1989 Prezentacja Prof. P. Salabury Klasyfikacja cząstek: model kwarkowy