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

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

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

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

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 8. Wszechświat cząstek elementarnych dla humanistów

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

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

Atomowa budowa materii

Oddziaływania elektrosłabe

Cząstki i siły. Piotr Traczyk. IPJ Warszawa

Fizyka cząstek elementarnych i oddziaływań podstawowych

Cząstki elementarne Odkrycia Prawa zachowania Cząstki i antycząstki

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 5 cząstki elementarne i oddzialywania

WYKŁAD X.2009 Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Podstawy Fizyki Jądrowej

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

WSTĘP DO FIZYKI CZĄSTEK. Julia Hoffman (NCU)

Promieniowanie jonizujące

Cząstki elementarne wprowadzenie. Krzysztof Turzyński Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski

WYKŁAD 4 10.III.2010

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

Ostatnie uzupełnienia

Oddziaływania fundamentalne

Promieniowanie jonizujące

Fizyka cząstek elementarnych. Tadeusz Lesiak

Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników WYKŁAD 1

Oddziaływanie pomiędzy kwarkami i leptonami -- krótki opis Modelu Standardowego

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

Wszechświat cząstek elementarnych (dla humanistów)

WYKŁAD 8. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników

Wszechświat cząstek elementarnych

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

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

Model Standardowy budowy Wszechświata

Wszechświat cząstek elementarnych

Oddziaływania słabe i elektrosłabe

czastki elementarne Czastki elementarne

Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski

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

Zderzenia relatywistyczna

Wszechświat Cząstek Elementarnych dla Humanistów Diagramy Faynmana

M. Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Wszechświat Cząstek Elementarnych dla Humanistów Diagramy Faynmana

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

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

Model Standardowy budowy Wszechświata

Wstęp do fizyki cząstek elementarnych

Wszechświat Cząstek Elementarnych dla Humanistów Oddziaływania silne

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

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

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

Podstawy fizyki subatomowej

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

Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników WYKŁAD 3

Na tropach czastki Higgsa

Wykład 43 Cząstki elementarne - przedłużenie

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

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Wszechświat cząstek elementarnych

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

VI. 6 Rozpraszanie głębokonieelastyczne i kwarki

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

1.6. Ruch po okręgu. ω =

Wybrane Dzialy Fizyki

Wstęp do Modelu Standardowego

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

Podstawowe własności jąder atomowych

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

WYKŁAD

Elementy Fizyki Czastek Elementarnych 1 / 2

Rozpady promieniotwórcze

Bozon Higgsa prawda czy kolejny fakt prasowy?

Wszechświat cząstek elementarnych. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW

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

Materia i jej powstanie Wykłady z chemii Jan Drzymała

Reakcje jądrowe dr inż. Romuald Kędzierski

Teoria Wielkiego Wybuchu FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ

Wszechświat cząstek elementarnych (dla humanistów)

Fizyka jądrowa. Podstawowe pojęcia

Oddziaływania podstawowe

Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Neutrina i ich mieszanie

Wszechświat czastek elementarnych

Struktura porotonu cd.

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

Już wiemy. Wykład IV J. Gluza

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

Zasada nieoznaczoności Heisenberga. Konsekwencją tego, Ŝe cząstki mikroświata mają takŝe własności falowe jest:

Promieniowanie jonizujące

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

Sylwa czyli silva rerum na temat fizyki cz astek elementarnych

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

Kto nie zda egzaminu testowego (nie uzyska oceny dostatecznej), będzie zdawał poprawkowy. Reinhard Kulessa 1

Zderzenia relatywistyczne

Wyk³ady z Fizyki. Zbigniew Osiak. Cz¹stki Elementarne

Fizyka jądrowa. Podstawowe pojęcia. Izotopy. budowa jądra atomowego przemiany promieniotwórcze reakcje jądrowe. jądra atomowe (nuklidy) dzielimy na:

Astrofizyka teoretyczna II. Równanie stanu materii gęstej

Transkrypt:

Wszechświat cząstek elementarnych WYKŁAD 8 Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW Oddziaływania słabe

Cztery podstawowe siłyprzypomnienie 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 (elementarne i fundamentalnejądrowe 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.) DZIŚ Rozpady promieniotwórcze niektórych jąder np. rozpad beta. Na poziomie fundamentalnym realizowane między kwarkami, we współpracy z oddziaływaniem e-m ( oddz. elektrosłabe)

Uporządkowanie wg siły Porównanie: wg siły (strength) inaczej natężenia : grawitacyjne i el-mag bardzo różne grawitacja b. słaba, np. dwa protony oddziałują 10 36 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

Stałe sprzężenia Siła elementarnego aktu oddziaływania = stała sprzężenia: el-m: e- e- γ, e- γ e- słabe fund. (weak fund.): e- ν e W -, ν e e- W + d u W -, t b W + d d Z, Z ν ν silne (strong fund., color): e (ładunek el.) g ('słaby' ładunek) g s ('silny' ład., ład. kolorowy) u R u G + g R,anty G 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

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

Różne doświadczenia (stan na kwiecień 2012)

ODDZIAŁYWANIA SŁABE

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 Porównanie z oddz. el-mag

Teraz przyglądamy się tej czarnej skrzynce n p z dzisiejszą (większą) zdolnością rozdzielczą i widzimy wymianę bozonu W n pęd antyneutrina ν e e- 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 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 ) nagroda Nobla w 1979 1983-4 Zderzenia protonów z antyprotonami w CERN (doświadczenie UA1 i UA2) - w zderzeniach kwarków z antykwarkami powstawały W+, W- i Z Rubbia (kierowanie doświadczeniem) i van der Meer (utrzymywanie wiązki antyprotonów w akceleratorze) nagroda Nobla w 1984 za odkrycie bozonów W/Z

LEP MASOWA PRODUKCJA Z

LEP Z LEP (CERN): zderzenia e- e+ Large Electron-Positron collider Z rozpada się demokratycznie na pary: kwark-antykwark, lepton-antylepton (np. e+e-, neutrino el i antyneutrino el.) 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 LEP: 4 doświadczenia zebrano 20 mln bozonów Z 1/czas życia ~ liczba dziur = liczba różnych typów (kanałów) rozpadów

Czas życia bozonu Z prawdopodobieństwo produkcji Z W mechanice kwantowej działa zasada nieoznaczoności Heisenberga Niech Δ oznacza niepewność (rozmycie) pomiaru danej wielkości fizycznej, to dla czasu i energii mamy związek: w zderzeniu e+e- w funkcji energii: zderzenia ma taki kształt 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 rozmycie energii (szerokość połówkowa 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- Bozon Z Bozon Z 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 spoczywajacy bozon Z, czyli z masą << 45 GeV) 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 typy par ν ν Zgodność dla Ν ν = 3! LEP

Porównanie wymiany bozonu Z i fotonu w procesie produkcji pary kwark-antykwark w zderzeniu e+ e- Reguła Feynmana (obliczanie prawdopodobieństwa procesu) w 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 wymienianej cząstki tu dla bozonu Z lub fotonu

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

Reguła Feynmana Jeżeli energię E przenosi wirtualna cząstka Z o masie M to czynnik 1/(E 2 +M 2 ) Dla If E >> >> M to the w cost przybliżeniu is 1/E^2.like czynnik the 1/E case 2 jak of the dla photon fotonu Ale dla E << M to tylko 1/M 2

Reguła Feynmana Jeżeli energię E przenosi wirtualna cząstka Z o masie M to czynnik 1/(E 2 +M 2 ) Model Fermiego Dla E << M to tylko 1/M 2 To jest Model Fermiego! Czyli gdy wymieniana jest cząstka Z wyrażenie bez wymiany energii. Porównując z wymianą fotonu to jak oddz. punktowe w Modelu Fermiego! Tu przykład z wymianą bozonu Z, ale model był stworzony dla procesów z wymianą W+/-

G F / 2=g 2 /8M 2 W Czy słaba siła bo sprzężenie małe, czy dlatego, że masa W duża?? Stała sprzężenia α w = g 2 /4 π = 1/32 większa 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)

UNIFIKACJA

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

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

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

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 We exist because M(W) is not zero mass matters Wykład F. Close'a

Pytania do wykładu 8 Kiedy powstała teoria opisująca pierwszą unifikację sił? Kiedy odkryto bozony W i 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 α 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 tak długo dzięki oddziaływaniom słabym czy silnym? Ile energii wydziela się w jednym cyklu protonowym w Słońcu? Dla jakich energii oddziaływania elektromagnetyczne i słabe mają podobna siłę?