WYKŁAD Wszechświat cząstek elementarnych. 24.III.2010 Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Masa W

Podobne dokumenty
WYKŁAD 6. Oddziaływania kolorowe cd. Oddziaływania słabe. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników

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

Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Oddziaływania słabe 4.IV.2012

WYKŁAD 5 sem zim.2010/11

WYKŁAD 8. Wszechświat cząstek elementarnych dla humanistów

WYKŁAD 7. Wszechświat cząstek elementarnych. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Wszechświat cząstek elementarnych WYKŁAD 5

WYKŁAD 6. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Fermiony i bozony. II. Oddziaływanie słabe i rodziny cząstek fundamentalnych. Bozon Z i bozony W+,W-

WYKŁAD 5. M. Krawczyk, A.F. Żarnecki - Wydział Fizyki UW. Fermiony i bozony. II. Oddziaływanie słabe i rodziny cząstek fundamentalnych

WYKŁAD 5 i 6. M. Krawczyk, A.F. Żarnecki-Wydział Fizyki UW. Fermiony i bozony. II. Oddziaływanie słabe i rodziny cząstek fundamentalnych

Oddziaływania elektrosłabe

Cząstki i siły. Piotr Traczyk. IPJ Warszawa

Wszechświat Cząstek Elementarnych dla Humanistów Diagramy Faynmana

Wszechświat Cząstek Elementarnych dla Humanistów Diagramy Faynmana

WYKŁAD X.2009 Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW

WYKŁAD 3. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Masy i czasy życia cząstek elementarnych. Kwarki: zapach i kolor. Prawa zachowania i liczby kwantowe:

Wstęp do Modelu Standardowego

WYKŁAD 4 10.III.2010

Cząstki elementarne Odkrycia Prawa zachowania Cząstki i antycząstki

Fizyka cząstek elementarnych i oddziaływań podstawowych

Cząstki elementarne wprowadzenie. Krzysztof Turzyński Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski

Atomowa budowa materii

Oddziaływania fundamentalne

Wszechświat czastek elementarnych

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 5 cząstki elementarne i oddzialywania

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

M. Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Podstawy Fizyki Jądrowej

Fizyka cząstek elementarnych. Tadeusz Lesiak

Bozon Higgsa prawda czy kolejny fakt prasowy?

Wszechświat cząstek elementarnych. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW

WYKŁAD 3. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Masy i czasy życia cząstek elementarnych. Kwarki: zapach i kolor. Prawa zachowania i liczby kwantowe:

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

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

Oddziaływania słabe i elektrosłabe

Wszechświat cząstek elementarnych WYKŁAD 5. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Wstęp do fizyki cząstek elementarnych

Wszechświat Cząstek Elementarnych dla Humanistów Oddziaływania silne

Promieniowanie jonizujące

WYKŁAD I Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Model Standardowy AD 2010

WSTĘP DO FIZYKI CZĄSTEK. Julia Hoffman (NCU)

czastki elementarne Czastki elementarne

Promieniowanie jonizujące

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

Z czego i jak zbudowany jest Wszechświat? Jak powstał? Jak się zmienia?

Wszechświat cząstek elementarnych (dla humanistów)

Struktura porotonu cd.

Ostatnie uzupełnienia

Symetrie w fizyce cząstek elementarnych

WYKŁAD 8. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników

Wykład 43 Cząstki elementarne - przedłużenie

Oddziaływanie pomiędzy kwarkami i leptonami -- krótki opis Modelu Standardowego

Wszechświat czastek elementarnych

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

WYKŁAD

Metoda badania cząstek elementarnych

Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Jak działają detektory. Julia Hoffman

Zderzenia relatywistyczna

Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników WYKŁAD 1

Podstawy fizyki subatomowej

VI. 6 Rozpraszanie głębokonieelastyczne i kwarki

Wszechświat cząstek elementarnych WYKŁAD 3. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW

WYKŁAD 8. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Unifikacja elektro-słaba

WYKŁAD IV.2013

Wszechświat cząstek elementarnych

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników WYKŁAD 3

WYKŁAD 13. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW 5.I Hadrony i struny gluonowe

Na tropach czastki Higgsa

WYKŁAD 5. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Fermiony i bozony. Oddziaływanie słabe i rodziny cząstek fundamentalnych. Spin - historia odkrycia

Wielka Unifikacja. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład XI. Co to jest ładunek?... Biegnaca stała sprzężenia i renormalizacja w QED Pomiar

Model Standardowy i model Higgsa. Sławomir Stachniewicz, IF PK

Cząstki elementarne i ich oddziaływania

Materia i jej powstanie Wykłady z chemii Jan Drzymała

Oddziaływania podstawowe

WYKŁAD 9. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

Wszechświat cząstek elementarnych

Łamanie symetrii względem odwrócenia czasu cz. I

Model Standardowy budowy Wszechświata

Cząstki elementarne i ich oddziaływania III

Skad się bierze masa Festiwal Nauki, Wydział Fizyki U.W. 25 września 2005 A.F.Żarnecki p.1/39

Wstęp do oddziaływań hadronów

kwarki są uwięzione w hadronie

Wykład 1. Wszechświat cząstek elementarnych dla humanistów. Maria Krawczyk (IFT), Filip A. Żarnecki (IFD), Wydział Fizyki UW

Wszechświat cząstek elementarnych

Zderzenia relatywistyczne

Maria Krawczyk, A.Filip Żarnecki, Wydział Fizyki UW

WYKŁAD 9. Wszechświat cząstek elementarnych. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Mechanika. Fizyka I (B+C) Wykład I: dr hab. Aleksander Filip Żarnecki Zakład Czastek i Oddziaływań Fundamentalnych Instytut Fizyki Doświadczalnej

Elementy Fizyki Czastek Elementarnych 1 / 2

Już wiemy. Wykład IV J. Gluza

Sylwa czyli silva rerum na temat fizyki cz astek elementarnych

Wybrane Dzialy Fizyki

Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Model Standardowy budowy Wszechświata

Wszechświat Cząstek Elementarnych dla Humanistów Oddziaływania słabe

Wszechświat cząstek elementarnych (dla humanistów)

Transkrypt:

Wszechświat cząstek elementarnych WYKŁAD 6 24 24.III.2010 Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW Oddziaływania kolorowe i biegnąca stała sprzężenia α s Oddziaływania słabe Masa W

Stałe sprzężenia Siła elementarnego aktu oddziaływania = stała sprzężenia: el-m: e- e- γ, e- γ e- e (ładunek el.) słabe fund. (weak fund.): g ('słaby' ładunek) e- ν e W - +, ν e e- W d u W -, t b W d d Z, Z ν ν silne (strong fund., color): uu G + g R,anty G u R + g s ('silny' ład., ład. kolorowy) Prawdopodobieństwo elementarnego aktu oddziaływania*,** el-m α=α el = e 2 /4 π = 1/137 słabe fund. (weak fund.) α w = g 2 /4 π = 1/32 silne (strong fund, color) α s = g s2 /4 π = 1 * też nazywamy stałą sprzężenia,** wartości dla energii 1 GeV

Diagramy Feynmana Diagramy Feynmana cząstki reprezentujemy przez linie,, a akt oddziaływania przez punkt przecięcia (wierzchołek) Np. emisja fotonu przez elektron γ Strzałki na ciągłej linii (fermionowej) dla e - przepływ ładunku elektrycznego (ujemnego) i pęd, strzałki na linii fotonowej (linia przerywana) pęd e - e -

Diagramy Feynmana dla procesów skrzyżowanych Procesy skrzyżowane z udziałem e e γ e - e - γ pęd e + γ e e γ e + e - e + e Dla e+ przepływ ładunku (ujemnego) w przeciwnym kierunku niż ruch (pęd)

Oddziaływania kolorowe Przykład elementarnego aktu oddziaływania gluon czerwonoantyniebieski kwark czerwony antykwark antyniebieski gluonu z kwarkami gluon zwykle oznaczamy linią typu sprężynka <-- tu 'śledzimy' kolor kolorowe linie ciągłe - przepływ ładunku kolorowego (zachowanie koloru) czarne strzałki kierunek pędów cząstek (zachowanie pędu)

Oddziaływania kolorowe Przykład elementarnego aktu oddziaływania gluonów ze sobą gluon czerwono antyzielony ggg gluon czerwono antyniebieski gluon zielono gdy suma antyniebieski po kolorach są również kolorowe linie ciągłe - przepływ ładunku kolorowego sprzężenia (zachowanie koloru) czarne strzałki kierunek pędów cząstek gggg (zachowanie pędu)

Biegnąca stała sprzężenia α Oddziaływanie el-mag: pomiar stałej α w zderzeniu dwóch elektronów e - e - e - e - α e 2 e ładunek el. γ + = czas Prawdopodobieństwo tego procesu proporcjonalne do α [1 + poprawki(p)] = α(p). Pętla elektronowa α zmienia się z pędem ('biegnie'); wzrasta dla większych pędów fotonu, czyli większych energii zderzenia

Biegnąca stała sprzężenia α s Oddziaływanie kolorowe pomiar stałej sprzężenia α s w zderzeniu dwóch kwarków (przy zderzeniu dwóch hadronów) α s ~ g 2 gluon + + czas Pętla kwarkowa - efekt podobny jak dla oddziaływań el-mag (powoduje wzrost stałej α s ). Tu dodatkowo pętla gluonowa, która ma przeciwny znak α s maleje ze wzrostem pędu

Siła oddziaływania zależy od energii 'biegnące stałe sprzężenia' '! Ze wzrostem energii: oddz. silne słabną oddz. słabe słabną oddz. el-mag wzmacniają się α s α w α el D. Gross, Photon 2005 Na osi poziomej - energia

Biegnące stałe sprzężenia - pytanie o unifikacje Stałe sprzężenia zmieniają się wraz z skalą energii (pędu) jako efekt poprawek kwantowych Struktura kwantowa danego oddziaływania decyduje o tym czy stała sprzężenia rośnie czy maleje ze wzrostem energii (kluczowy fakt - czy nośniki sił są naładowane, czyli czy same ze sobą oddziałują, np. foton neutralny, a gluony naładowane ) Jeśli jedne stałe sprzężenia rosną a inne maleją, to dla pewnych energii mają te same (lub zbliżone) wartości pojawia się pytanie o wspólny opis takich oddziaływań unifikacja?

Oddziaływania słabe Model Fermiego (1934) Dla rozpadu beta neutronu wg. wykładów F. Close w CERN Efektywna siła oddziaływania G_F stała Fermiego - wyznaczona z danych dośw.

Teraz przyglądamy się tej czarnej skrzynce n p z dzisiejszą zdolnością rozdzielczą i widzimy wymianę bozonu W pęd antyneutrina ν e e- n p zachowanie ładunku el. d u -1/3 +2/3 W - e- pęd antyneutrina ν e

Trochę historii 1864 Maxwell połączył elektryczność i magnetyzm (oddziaływania elektromagnetyczne) pierwsza unifikacja sił 1970 Glashow, Weinberg i Salam propozycja wspólnego opisu oddziaływań słabych i elektromagnetycznych (częściowa unifikacja) oddziaływania elektrosłabe (electro-weak EW). Przewidzieli istnienie oprócz W+, W- również Z (inne ozn. Z 0 ) 1983-4 Zderzenia protonów z antyprotonami w CERN (doświadczenie UA1 i UA2) - w zderzeniach kwarków z antykwarkami powstawały W+, W- również bozony Z Rubbia i van der Meer (utrzymywanie wiązki antyprotonów w akceleratorze) nagroda Nobla 1984

LEP Z LEP (CERN): zderzenia e+ e- Z rozpada się demokratycznie na elektronów e- z pozytonami e+ W latach 1989-1995 energia zderzenia dobrana tak, aby bozony Z produkowały się rezonansowo: E + + E - = M Z = 91 GeV 1/czas życia 4 doświadczenia zebrano 20 mln bozonów Z ~ liczba dziur = liczba różnych typów (kanałów) rozpadów

Czas życia bozonu Z Zasada nieoznaczoności Heisenberga Niech Δ oznacza niepewność, rozmycie pomiaru danej wielkości: prawdopodobieństwo produkcji Z w zderzeniu e+e- ΔE Δ t = 6 x10-25 GeV/s. Jeżeli Δt = czas życia cząstki rozpadającej się to rozmycie w energii spoczynkowej (masie) wynosi ΔE = 6 x10-25 GeV/s/Δ t Dla bozonu Z szerokość połówkowa Γ = ΔE (bo w połowie wysokości piku ) wynosi Γ = ΔE = 2.5 GeV stąd czas życia Z: Δ t ~ 2 x 10-25 s

Liczba przypadków w zderzeniach e+e- Energia zderzenia (GeV) => masa cząstki

Liczba lekkich neutrin Z pomiaru szerokości połówkowej bozonu Z można wyznaczyć ile jest lekkich neutrin (lekkich tzn. takich na które może się rozpaść bozon Z) Na osi pionowej prawdopodobieństwo produkcji bozonów Z, rozpadających się na znane cząstki (hadrony) i przewidywania dla tej wielkości, jeśli możliwe są rozpady na 2, 3 lub 4 pary ν ν Zgodność dla Ν ν = 3!

Porównanie wymiany bozonu Z i fotonu w procesie produkcji pary kwark-antykwark w zderzeniu e+ e- foton bozon Z Reguła Feynmana (obliczanie prawdopodobieństwa procesu) Jeżeli energię E przenosi wirtualna cząstka, (wirtualna bo w procesie pojawia sie tylko między elementarnymi aktami oddziaływania) czynnik 1/(E 2 +M 2 ) M- masa cząstki tu dla bozonu Z lub fotonu

Reguła Feynmana Jeżeli energię E przenosi wirtualna cząstka (foton; Z) to czynnik 1/(E 2 +M 2 ) Dla E >> M to w przybliżeniu czynnik 1/E 2 jak dla fotonu

Reguła Feynmana Feynman rules: Jeżeli energię E przenosi If wirtualna energy E flows cząstka through (foton; Z) the to czynnik transmitted virtual particle (photon; 1/(E Z) 2 +M 2 ) it costs 1/(E^2+M^2) Dla E If >> E >> M M to the w przybliżeniu cost is 1/E^2.like czynnik the case 1/E 2 jak of the dla photon fotonu Dla E << M to tylko 1/M 2

Reguła Feynmana Model Fermiego Jeżeli energię E przenosi wirtualna cząstka (foton; Z) to czynnik 1/(E 2 +M 2 ) Dla E << M to tylko 1/M 2 Model Fermiego! If E << M the cost is 1/M^2

Czy słaba siła bo sprzężenie małe, czy dlatego, że masa W duża?? Odpowiedź = duża masa W Model Weinberga-Salama Masa bozonu W+/- = 80 GeV Masa bozonu Z 91 GeV jedyne masywne nośniki fundamentalne Oddziaływania słabe i el-mag podobna siła oddziaływania dla dużych energii ~ 1 TeV Opis teoretyczny wspólny oddz. elektrosłabe

UNIFIKACJA

Z wykładu F. Close'a (CERN)

WEAK STRONG

WEAK STRONG wypromieniowana energia dlatego Słońce świeci od 5 Miliardów lat i rozwinęło się życie

Słabe The weak oddziaływania force is feeble słabe in w the Słońcu Sun..ponieważ 10,000,000K ~ 1 kev << 80 GeV to dlatego Słońce tak długo aktywne, że mogliśmy powstać i prowadzić te rozmowę We exist because M(W) is not zero mass matters Wykład F. Close'a

Pytania do wykładu 6 Na jakie kwarki rozpada się gluon zielono-antyczerwony? W zderzenie kwarku niebieskiego i antykwarku antyczerwonego produkowany jest gluon o jakim kolorze? Kwark niebieski promieniuje gluon niebiesko-antyzielony w elementarnych procesie Wypisz wszystkie możliwe kolory dwóch gluonów, które w procesie gg g produkują gluon czerwono-antyzielony. q g q i zmienia kolor. Na jaki? Co powoduje biegnięcie stałych sprzężenia? Dlaczego stała struktury subtelnej niemaleje, a stała sprzężenia dla sił kolorowych maleje ze wzrostem energii? Ile wynosi stała Fermiego? Kiedy powstała teoria opisująca pierwszą unifikację sił? Kiedy odkryto bozon Z? Ile wynosi jego masa i szerokość połówkowa? Skąd wiemy, że są tylko 3 pokolenia neutrin? Czy oddziaływania słabe są słabe bo masa W jest duża?