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

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

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

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

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 sem zim.2010/11

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

WYKŁAD 8. Wszechświat cząstek elementarnych dla humanistów

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

Cząstki i siły. Piotr Traczyk. IPJ Warszawa

Cząstki elementarne Odkrycia Prawa zachowania Cząstki i antycząstki

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 5 cząstki elementarne i oddzialywania

Atomowa budowa materii

Oddziaływania elektrosłabe

Fizyka cząstek elementarnych i oddziaływań podstawowych

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

Fizyka cząstek elementarnych. Tadeusz Lesiak

WSTĘP DO FIZYKI CZĄSTEK. Julia Hoffman (NCU)

Podstawy Fizyki Jądrowej

Zderzenia relatywistyczna

WYKŁAD 8. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników

doświadczenie Rutheforda Jądro atomowe składa się z nuklonów: neutronów (obojętnych elektrycznie) i protonów (posiadających ładunek dodatni +e)

Ostatnie uzupełnienia

Oddziaływanie pomiędzy kwarkami i leptonami -- krótki opis Modelu Standardowego

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

WYKŁAD X.2009 Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Model Standardowy budowy Wszechświata

Promieniowanie jonizujące

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

Oddziaływania fundamentalne

Oddziaływanie podstawowe rodzaj oddziaływania występującego w przyrodzie i nie dającego sprowadzić się do innych oddziaływań.

Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników WYKŁAD 1

Model Standardowy budowy Wszechświata

Cząstki elementarne wprowadzenie. Krzysztof Turzyński Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski

czastki elementarne Czastki elementarne

Oddziaływania słabe i elektrosłabe

Rozpad alfa. albo od stanów wzbudzonych (np. po rozpadzie beta) są to tzw. długozasięgowe cząstki alfa

Promieniowanie jonizujące

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

M. Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Wszechświat cząstek elementarnych (dla humanistów)

Wszechświat cząstek elementarnych

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

Wszechświat cząstek elementarnych

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

( Kwantowe ) zasady nieoznaczoności Heisenberga. a rozmiar ( grawitacyjnej ) czarnej dziury; Wstęp do teorii strun

WYKŁAD 4 10.III.2010

Teoria Wielkiego Wybuchu FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ

Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników WYKŁAD 3

Wykład 43 Cząstki elementarne - przedłużenie

Reakcje jądrowe dr inż. Romuald Kędzierski

Wybrane Dzialy Fizyki

VI. 6 Rozpraszanie głębokonieelastyczne i kwarki

Wszechświat cząstek elementarnych

Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski

Zderzenia relatywistyczne

FIZYKA. Wstęp cz. 1. Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

1.6. Ruch po okręgu. ω =

Fizyka jądrowa. Podstawowe pojęcia

Na tropach czastki Higgsa

Elementy fizyki jądrowej

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

Wszechświat Cząstek Elementarnych dla Humanistów Oddziaływania silne

Rozpady promieniotwórcze

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

Oddziaływania podstawowe

Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Neutrina i ich mieszanie

Wstęp do fizyki cząstek elementarnych

Rozpady promieniotwórcze

Już wiemy. Wykład IV J. Gluza

Materia i jej powstanie Wykłady z chemii Jan Drzymała

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

Podstawy fizyki subatomowej

Struktura porotonu cd.

Podstawowe własności jąder atomowych

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

Sylwa czyli silva rerum na temat fizyki cz astek elementarnych

Fizyka cząstek elementarnych

Wszechświat cząstek elementarnych (dla humanistów)

Elementy Fizyki Czastek Elementarnych 1 / 2

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

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

Bozon Higgsa prawda czy kolejny fakt prasowy?

Astrofizyka teoretyczna II. Równanie stanu materii gęstej

Wyk³ady z Fizyki. Zbigniew Osiak. Cz¹stki Elementarne

Wszechświat czastek elementarnych

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

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej

Jak działają detektory. Julia Hoffman

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

Fizyka wykład dla studentów kierunku Informatyka Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki Politechniki Śląskiej

Zderzenia relatywistyczne

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią

Eksperyment ALICE i plazma kwarkowo-gluonowa

WYKŁAD

Fizyka promieniowania jonizującego. Zygmunt Szefliński

Reakcje jądrowe. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys 1

Transkrypt:

Wszechświat cząstek elementarnych WYKŁAD 8sem.letni.2011-12 Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW Oddziaływania słabe

Cztery podstawowe siły Oddziaływanie grawitacyjne Działa między wszystkimi cząstkami, jest to zawsze przyciąganie. Odpowiedzialne za tworzenie Układu Słonecznego, galaktyk itp. Oddziaływanie elektromagnetyczne Ładunki elektryczne mogą się odpychać lub przyciągać. Odpowiedzialne za tworzenie wiązań atomowych. Oddziaływanie silne (jądrowe i kolorowe) Siły jądrowe działają między nukleonami przyciąganie; odpowiedzialne za tworzenie jąder atomowych. Wewnątrz nukleonów i innych hadronów (cząstek oddziałujących silnie) - kwarki i siły kolorowe między nimi. Oddziaływanie słabe (elementarne i fundam.) Rozpady promieniotwórcze niektórych jąder np. rozpad beta. Na poziomie fundamentalnym realizowane między kwarkami, we współpracy z oddziaływaniem e-m ( oddz. elektrosłabe) 2

Uporządkowanie wg siły Porównanie: wg siły (strength) inaczej natężenia : grawitacyjne i el-mag bardzo różne grawitacja b. słaba, np. dwa protony oddziałują 1036 silniej elektromagnetycznie niż grawitacyjnie Uporządkowanie wg siły oddz. dla niskich* energii: silne> elektromagnetyczne> słabe > grawitacyjne * niskie energie: 1 GeV aż do około 100 GeV Parametr opisujący elementarny akt oddziaływania ( siłę ) danego typu oddz. to stała sprzężenia 3

Stałe sprzężenia Siła elementarnego aktu oddziaływania = stała sprzężenia: el-m: e- e- e- e- e (ładunek el.) słabe fund. (weak fund.): g ('słaby' ładunek) e- e W-, e e- W+ d u W -, t b W + d d Z, Z silne (strong fund., color): gs ('silny' ład., ład. kolorowy) ur ug + gr,anty G Prawdopodobieństwo elementarnego aktu oddziaływania*,** el-m el= e2/4 = 1/137 słabe fund. (weak fund.) w= g2/4 = 1/32 silne (strong fund, color) s= gs2/4 = 1 * też nazywamy stałą sprzężenia,** wartości dla energii 1 GeV 4

Biegnąca stała sprzężenia (dane 2008) αs punkty - wynik pomiaru pionowe kreski - bład pomiaru więzienie dla kwarków : αs asymptotyczne swoboda odległości rzędu rozmiaru protonu (duże odległości) małe odległości (mniejsze od rozmiaru protonu) na tej osi pęd (GeV) 5

Oddziaływania słabe wg. wykładów F. Close w CERN Model Fermiego (1934) Dla rozpadu beta neutronu Efektywna siła oddziaływania G_F stała Fermiego - wyznaczona z danych Porównanie z oddz. el-mag 6

Teraz przyglądamy się tej czarnej skrzynce z dzisiejszą zdolnością rozdzielczą i widzimy wymianę bozonu W p n pęd antyneutrina e e n zachowanie ładunku el. p -1/3 d u +2/3 Wpęd antyneutrina e e 7

Trochę historii 1864 Maxwell połączył elektryczność i magnetyzm (oddziaływania elektro-magnetyczne) pierwsza unifikacja sił 1970 Glashow, Weinberg i Salam propozycja wspólnego opisu oddziaływań słabych i elektro-magnetycznych (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- i Z Rubbia i van der Meer (utrzymywanie wiązki antyprotonów w akceleratorze) nagroda Nobla w 1984 za odkrycie bozonów W/Z 8

LEP e- Z e+ Large Electron-Positron collider Z rozpada się demokratycznie na LEP (CERN): zderzenia elektronów e- z pozytonami e+ W latach 1989-1995 energia zderzenia dobrana tak, aby bozony Z produkowały się rezonansowo: E++ E-= MZ = 91 GeV pary: kwark-antykwark, lepton-antylepton (np. e+e-, neutrino el i antyneutrino el.) 1/czas życia ~ liczba dziur = LEP: 4 doświadczenia zebrano 20 mln bozonów Z liczba różnych typów (kanałów) rozpadów 9

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

Liczba przypadków w zderzeniach e+e- Energia zderzenia (GeV) => masa cząstki 11

Liczba lekkich neutrin Z pomiaru szerokości połówkowej bozonu Z można wyznaczyć ile jest lekkich neutrin (lekkich tzn. takich na które może się rozpaść spoczywajacy 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 Zgodność dla 12

Czy słaba siła bo sprzężenie małe, czy dlatego, że masa W duża?? Sprzężenie w= g2/4 = 1/32 większe niż el-magnetyczne, więc odpowiedź = bo duża masa W Oddziaływania słabe są słabsze niż el-mag. i silne! Masa bozonu W+/- = 80 GeV, bozonu Z = 91 GeV jedyne masywne nośniki fundamentalne (Model Weinberga-Salama) Oddziaływania słabe i el-mag podobna siła dla energii ~ 1 TeV Wspólny opis teoretyczny oddz. elektrosłabe (unifikacja oddz. el-mag. i słabych) 17

UNIFIKACJA 18

W sercu Słońca procesy: Z wykładu F. Close'a (CERN) 19

Procesy słabe =małe prawdopodobieństwo, więc powoli zachodzą WEAK Procesy silne = szybkie STRONG wypromieniowana energia 20

Słabe The oddziaływania weak force is feeble słabe in the w Słońcu Sun..ponieważ 10,000,000K ~ 1 kev << 80 GeV to dlatego Słońce tak długo aktywne, że mogliśmy powstać i prowadzić te rozmowę Wykład F. Close'a We exist because M(W) is not zero mass matters 22

Pytania do wykładu 8 Kiedy powstała teoria opisująca pierwszą unifikację sił? Kiedy odkryto bozony W i Z? W zderzeniu wiązek jakich cząstek odkryto bozon Z? Ile bozonów Z wyprodukowano w zderzaczu LEP? Ile wynosi masa i szerokość połówkowa Z? Jak długo żyje bozon Z? Skąd wiemy, że są tylko 3 pokolenia lekkich neutrin? Ile wynosi stała sprzężenia w dla oddziaływań słabych dla niskich energii? Ile wynosi stała Fermiego? Kto i gdzie odkrył doświadczalnie bozony W i Z? Czy oddziaływania słabe są słabe bo masa W jest duża? Czy Słońce świeci dzięki oddziaływaniom słabym czy silnym? Ile energii wydziela się w jednym cyklu protonowym w Słońcu? Dla jakich energii oddziaływnia elektromagnetyczne i słabe mają podobna siłę? 23