Wielki Zderzacz Hadronów, LHC

Podobne dokumenty
Czego oczekujemy od LHC? Piotr Traczyk. IPJ Warszawa

Podstawowe oddziaływania w Naturze

Fizyka cząstek elementarnych i oddziaływań podstawowych

Analiza tła MC od rzadkich i tłumionych rozpadów m

LHC i po co nam On. Piotr Traczyk CERN

Cząstki i siły. Piotr Traczyk. IPJ Warszawa

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

VI. Model Kwarkowy. Model kwarkowy. Charm & beauty

OD ATOMÓW DO KWARKÓW

Cząstki elementarne wprowadzenie. Krzysztof Turzyński Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 5 cząstki elementarne i oddzialywania

Podstawy Fizyki Jądrowej

LHC: program fizyczny

Symetrie w fizyce cząstek elementarnych

Atomowa budowa materii

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

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

Wszechświat Cząstek Elementarnych dla Humanistów Oddziaływania silne

Model Standardowy i model Higgsa. Sławomir Stachniewicz, IF PK

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

Oddziaływania fundamentalne

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

Sylwa czyli silva rerum na temat fizyki cz astek elementarnych

Podstawy Fizyki Jądrowej

Na tropach czastki Higgsa

WYKŁAD 8. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników

Badamy Model Standardowy z najwyższą precyzją. Szukamy Nowej Fizyki. AGH w LHCb

WSTĘP DO FIZYKI CZĄSTEK. Julia Hoffman (NCU)

czastki elementarne Czastki elementarne

M. Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Wpływ wyników misji Planck na obraz Wszechświata

Oddziaływania podstawowe

Bozon Higgsa prawda czy kolejny fakt prasowy?

Promieniowanie jonizujące

Wstęp do chromodynamiki kwantowej

Fizyka na LHC - Higgs

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

Ewolucja Wykład Wszechświata Era Plancka Cząstki elementarne

Bozon Higgsa oraz SUSY

Promieniowanie jonizujące

Wszechświat cząstek elementarnych

Oddziaływania silne. Również na tym wykładzie Wielkie unifikacje. Mówiliśmy na poprzednich wykładach o: rezonansach hadronowych multipletach

Wyk³ady z Fizyki. Zbigniew Osiak. Cz¹stki Elementarne

Fizyka cząstek elementarnych. Fizyka cząstek elementarnych

Wszechświat cząstek elementarnych WYKŁAD 5

Model Standardowy budowy Wszechświata

Do czego potrzebny nam Wielki Zderzacz Hadronów (Large Hadron Collider)?

Wszechświat cząstek elementarnych

Co dalej z fizyką cząstek czy LHC udzieli na to pytanie odpowiedzi? 1

PRAWA ZACHOWANIA. Podstawowe terminy. Cia a tworz ce uk ad mechaniczny oddzia ywuj mi dzy sob i z cia ami nie nale cymi do uk adu za pomoc

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

Symetrie. D. Kiełczewska, wykład 5 1

Co dalej z fizyką cząstek czy LHC udzieli na to pytanie odpowiedzi?

Model Standardowy budowy Wszechświata

40. Międzynarodowa Olimpiada Fizyczna Meksyk, lipca 2009 r. ZADANIE TEORETYCZNE 2 CHŁODZENIE LASEROWE I MELASA OPTYCZNA

Agnieszka Obłąkowska-Mucha

Struktura porotonu cd.

Wszechświat cząstek elementarnych (dla humanistów)

Oddziaływanie pomiędzy kwarkami i leptonami -- krótki opis Modelu Standardowego

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

Spotkanie VII (listopad, 2013)

Wykład 43 Cząstki elementarne - przedłużenie

1. CHARAKTERYSTYKA STUDIÓW 2. SYLWETKA ABSOLWENTA

Wstęp do Modelu Standardowego

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

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

Elementy fizyki czastek elementarnych

Model Standardowy i Nowa Fizyka

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

Cząstki elementarne Odkrycia Prawa zachowania Cząstki i antycząstki

Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników WYKŁAD 3

Wstęp do fizyki cząstek elementarnych

Wszechświat cząstek elementarnych

WYKŁAD 12. Wszechświat cząstek elementarnych dla humanistów. Poza Modelem Standardowym. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Kwantowa natura promieniowania elektromagnetycznego

WYKŁAD

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

Wykład monograficzny 0 1

Symetrie. D. Kiełczewska, wykład 5 1

Stany skupienia (fazy) materii (1) p=const Gaz (cząsteczkowy lub atomowy), T eratura, Tempe Ciecz wrzenie topnienie Ciało ł stałe ł (kryształ)

Fizyka cząstek 5: Co dalej? Brakujące wątki Perspektywy Astrocząstki

SKALA ENERGII. w MIKRO - oraz w MAKROKOSMOSIE

Masy cząstek vs. struktura wewnętrzna

Fizyka cząstek elementarnych. Tadeusz Lesiak

Budowa nukleonu. Krzysztof Kurek

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

Teoria Wielkiego Wybuchu FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ

Teorie wielkich unifikacji

Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej

WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY

Elementy fizyki czastek elementarnych

Wszechświat cząstek elementarnych (dla humanistów)

Zderzenia relatywistyczna

Eksperyment ALICE i plazma kwarkowo-gluonowa

Oddziaływania elektrosłabe

Oddziaływania cząstek elementarnych

Pierwsze dwa lata LHC

- Cząstka Higgsa - droga do teorii wszystkiego

Od redakcji. Symbolem oznaczono zadania wykraczające poza zakres materiału omówionego w podręczniku Fizyka z plusem cz. 2.

Informacje uzyskiwane dzięki spektrometrii mas

Transkrypt:

CZĄSTKI ELEMENTARNE

Wielki Zderzacz Hadronów, LHC największy na świecie akcelerator cząstek (hadronów), znajdujący się w CERN. Jego zasadnicze elementy są umieszczone w tunelu w kształcie torusa o długości około 27 km, położonym na głębokości od 50 do 175 m pod ziemią. Wyniki zderzeń rejestrowane będą przez dwa duże detektory cząstek elementarnych: ATLAS i CMS, dwa mniejsze ALICE i LHCb oraz dwa małe: TOTEM i LHCf. W poszukiwaniu bozonu Higgsa. Wielki Zderzacz Hadronów (Large Hadron Collider). Zderzenia cząstek. Komputerowa symulacja wyniku zderzenia cząstek. Tunele pod CERN.

WŁASNOŚCI czasy życia ładunki (całkowite i ułamkowe wartości) masy Rodzaj cząstek [MeV] rodzaj oddziaływania fotony 0 oddz. elektromagnetyczne leptony 0-106 oddz. słabe, elekromagn. Mezony 135 888 hadrony oddz. silne, słabe, elekromagn. bariony > 938 liczby kwantowe spin (spinor, 1 ± h ) moment magnetyczny 2 statystyka (bozony, fermiony) izospin (stany ładunków cząstek)

proton T 3 = neutron T 3 = 1 + π T 3 = 2 1 2 liczba barionowa (A) i leptonowa (L) A = +1 dla barionów, L = +1 dla leponów, A = L = 0 dla bozonów dziwność (S) (stany wzbudzone barionów stowarzyszone z mezonem K) hiperładunek A S Q = e T3 + + 2 2 ładunek cząstek silnie oddziałujących (mezony, bariony) Y = A + S hiperładunek Q = e T 3 Y + 2 oddziaływania (silne, słabe, elektromagnetyczne) oddziaływania a prawa zachowania - zachowanie: pędu, energii, momentu pędu, ładunku zawsze spełnione - zachowanie liczb kwantowych +1 π + -1 π - 0 π 0

HISTORIA ODKRYĆ CZĄSTEK ELEMENTARNYCH DE RUJALH (TBILISI, 1976r.) Myślę, że historię fizyki wielkich energii można by opowiedzieć naiwnie, jako historię kolejnych sukcesów lub upadków zasady, której jak dotąd nie rozumiemy: zasady symetrii między leptonami, a hadronami. Czasami liczba leptonów jest taka sama jak podstawowych silnie oddziałujących fermionów, czasami jest więcej jednych lub drugich.

Lata Leptony Hadrony Uwagi ~ 1920 e P - ~ 1932 e (p, n) odkrycie neutronu ~ 1934 (ν, e) (p, n) hipoteza Pauliego o istnieniu neutrina ν ν e (p, n) ~ (1937 1960) µ π, K, Λ, Σ gwałtowny wzrost liczby czątek (rozwój metod akceleratorowych i badań prom. kosmicznego ν e 1959 µ p n Λ model Sakaty: wszystkie znane hadrony można zbudować z trójki barionów: p, n, Λ ν e e 1962-64 ν µ µ u d s wzrost liczby leptonów, hipoteza kwarków ν e e 1964-75 ν µ µ u c d s hipoteza kwarku powabnego (c), możliwość unifikacji oddz. słabych i elektromagn. 1974 rewolucja listopadowa

e µ τ 1976-80,, e µ τ ν ν ν u c t,, d s b zasada symetrii leptonowo hadronowej, można otrzymać zwiększoną liczbę leptonów i kwarków o 2 anihilacja e + e m τ ± + τ 1977 koniec lat 70 - tych lata 80 - te 1983 τ l ± + ν + ± l ν τ m τ = 1.96 ev, t < 10-11 s, ; l ± znane leptony m ν < 500 MeV τ teoria unifikacji oddziaływań słabych i elektromagnet. (Salam), poszukiwanie leptonu τ oraz kwarków t i b; powstanie i rozwój chromodynamiki kwantowej Odkrycie bozonów W i Z przewidzianych przez teorię oddziaływań elektrosłabych (CERN) LEPTONY prawdziwe cząstki elementarne 1 - fermiony o spinie 2 - obiekty punktowe bez struktury wewnętrznej - nie uczestniczą w oddziaływaniach silnych stanowią sondę do badań struktury nukleonu

np. Nieelastyczne rozpraszanie leptonu na nukleonie: e + N e + hadron lub ν µ + N µ + hadron oddz. e m oddz. slabe γ e N wymiana ± W e N wymiana fotonu bozonu Nukleon złożony z bardziej podstawowych składników punkowych, można identyfikować je z kwarkami.

MODEL STANDARDOWY (oparty na faktach doświadczalnych) 1. Oddziaływanie grawitacyjne nie odgrywa roli. 2. Fermiony = leptony + kwarki podstawowe składniki materii Hadrony złożone są z kwarków: mezon = q q bariony = qqq (zwyczajna otaczająca nas materia złożona jest z: kwarki u, d oraz e) 3. Oddziaływania między składnikami fundamentalnymi materii są przenoszone przez bozony wektorowe o spinie = 1 (wg teorii zunifikowanej). Oddziaływanie e-m bozony bezmasowe, fotony γ (zasięg ) Oddziaływanie słabe bozony pośrednie W ±, Z 0 ; m ~ kilkadziesiąt GeV, zasięg ~ 10-2 f 4. Oddziaływanie silne między kwarkami przenoszone jest przez bezmasowe gluony o spinie = 1; m ~ kilkaset MeV lub większa. 5. Własności kwarków.

symbol u d s c b t Ang. nazwa up down strange charmed bottom, beauty top, truth Masa ładunek Izospin [GeV/c 2 ] Q T składowa izospinu T 3 Liczba Spin Dzwiność Powab Piękno barionowa J S C B* B 1-5 MeV +2/3 ½ ½ ½ 1/3 0 0 0 3-9 MeV -1/3 ½ -½ ½ 1/3 0 0 0 0,06-0,2-1/3 0 0 ½ 1/3-1 0 0 1,1-1,4 +2/3 0 0 ½ 1/3 0 +1 0 4,1-4,4-1/3 0 0 ½ 1/3 0 0-1 174 +2/3 0 0 ½ 1/3 0 0 0 p = uud, n = udd, π = ud

CHROMODYNAMIKA KWANTOWA (wariant teorii oddziaływań silnych w ramach modelu standardowego) kwarki są kolorowe; kolor nowa zmienna dynamiczna; każdy kwark występuje w 3 kolorach (np. czerwony, zielony, niebieski) funkcja falowa barionu jest antysymetryczna ze względu na przestawienie koloru leptony nie są kolorowe zmienna dynamiczna zapach służy do rozróżniania kwarków u, d, s (dla każdego zapachu kolor przyjmuje trzy wartości) oddziaływanie silne pierwotne (między kwarkami) polega na wymianie gluonów; 8 kolorowych gluonów; (Hadrony białe końcowa konfiguracja kwarków niekolorowa) hadrony nie mogą wymieniać gluonów; oddziaływanie silne między hadronami analogia do sił Van der Waalsa między neutralnymi atomami. do rozerwania pary kwarków wymagana jest tak duża energia, iż zanim to nastąpi tworzona jest para q q ; wszelkie próby wyizolowania kwarku prowadzą do produkcji hadronu.

Niektóre cząstki postulowane a jeszcze nie wykryte gluonia (podobno mezonów, spin całkowity, ładunek 0): z kwantowej chromodynamiki wynika możliwość istnienia cząstek zawierających tylko gluony samooddziałujące ze sobą; czastka Higgsa (masa 100-230 GeV, spin 0, ładunek 0): potrzebne w modelu standardowym do nadawania masy bozonom cechowania (W i Z), które inaczej byłyby bezmasowe; grawiton (masa 0, spin 2, ładunek 0): w kwantowej teorii grawitacji jest nośnikiem oddziaływań grawitacyjnych; prof. Peter Higgs aksjon (masa 0, spin 0, ładunek 0): wprowadzony do chromodynamiki kwantowej, aby rozwiązać problem naruszenia symetrii CP (sprzężenie ładunkowe-c, inwersja przestrzenna-p) w oddziaływaniach silnych; majoron (masa 0, spin, ładunek 0): pojawia się w kontekście neutrin o niezerowej masie i ewentualnego naruszania zasad zachowania liczb leptonowych; skwarki, sleptony (masa 100-1000 GeV, spin 0), wino, zino, fotino (masa 100-1000 GeV, spin 1/2): w teorii supersymetrii, wprowadzającej nową symetrię między fermionami i bozonami, SA to masywne cząstki będące superpartnerami kwarków, leptonów, bozonów; bozony X, Y (masa 10 15 GeV, spin 1): w teoriach wielkiej unifikacji są to nośniki supersiły.

Cząstki elementarne na wesoło.