Cząstki i siły. Piotr Traczyk. IPJ Warszawa

Podobne dokumenty
Podstawy Fizyki Jądrowej

Atomowa budowa materii

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

Fizyka cząstek elementarnych i oddziaływań podstawowych

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.

Bozon Higgsa prawda czy kolejny fakt prasowy?

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

Oddziaływania fundamentalne

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

Wstęp do chromodynamiki kwantowej

Sylwa czyli silva rerum na temat fizyki cz astek elementarnych

Wszechświat Cząstek Elementarnych dla Humanistów Diagramy Faynmana

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

Światło fala, czy strumień cząstek?

Wszechświat cząstek elementarnych WYKŁAD 5

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

LHC i po co nam On. Piotr Traczyk CERN

Wszechświat Cząstek Elementarnych dla Humanistów Diagramy Faynmana

WSTĘP DO FIZYKI CZĄSTEK. Julia Hoffman (NCU)

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

Wstęp do fizyki cząstek elementarnych

Wykłady z Fizyki. Kwanty

Cząstki elementarne wprowadzenie. Krzysztof Turzyński Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski

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

WYKŁAD 5 sem zim.2010/11

LHC: program fizyczny

WYKŁAD 8. Wszechświat cząstek elementarnych dla humanistów

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

Oddziaływanie pomiędzy kwarkami i leptonami -- krótki opis Modelu Standardowego

Podstawy fizyki subatomowej

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

czastki elementarne Czastki elementarne

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

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Wszechświat cząstek elementarnych (dla humanistów)

VI. 6 Rozpraszanie głębokonieelastyczne i kwarki

PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ

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

Wszechświat cząstek elementarnych

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Wszechświat cząstek elementarnych

Chemia ogólna - część I: Atomy i cząsteczki

Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW 1.III Fizyka cząstek elementanych Odkrycia

Wstęp do Modelu Standardowego

WYKŁAD 8. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników

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

Model Standardowy budowy Wszechświata

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

Teoria Wielkiego Wybuchu FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ

Fizyka kwantowa. promieniowanie termiczne zjawisko fotoelektryczne. efekt Comptona dualizm korpuskularno-falowy. kwantyzacja światła

W jaki sposób dokonujemy odkryć w fizyce cząstek elementarnych? Maciej Trzebiński

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

Ewolucja Wykład Wszechświata Era Plancka Cząstki elementarne

Fizyka 3.3 WYKŁAD II

Model Standardowy i model Higgsa. Sławomir Stachniewicz, IF PK

Oddziaływania podstawowe

Światło ma podwójną naturę:

Promieniowanie jonizujące

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

Podstawy fizyki kwantowej i budowy materii

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

Podróż do początków Wszechświata: czyli czym zajmujemy się w laboratorium CERN

Model Standardowy budowy Wszechświata

Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Promieniowanie jonizujące

Na tropach czastki Higgsa

Początek XX wieku. Dualizm korpuskularno - falowy

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

Fale materii. gdzie h= J s jest stałą Plancka.

Agnieszka Obłąkowska-Mucha

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

Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników WYKŁAD 1

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

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

Już wiemy. Wykład IV J. Gluza

Struktura porotonu cd.

Obserwacja Nowej Cząstki o Masie 125 GeV

Wykład 43 Cząstki elementarne - przedłużenie

Wyk³ady z Fizyki. Zbigniew Osiak. Cz¹stki Elementarne

Elementy fizyki czastek elementarnych

Bozon Higgsa oraz SUSY

Theory Polish (Poland)

Elementy fizyki czastek elementarnych

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

Wszechświat cząstek elementarnych (dla humanistów)

Materia i jej powstanie Wykłady z chemii Jan Drzymała

I. Przedmiot i metodologia fizyki

Fizyka cząstek 5: Co dalej? Brakujące wątki Perspektywy Astrocząstki

Wszechświat cząstek elementarnych

M. Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Spis treści. Fizyka wczoraj, dziś, jutro. Z naszych lekcji. Olimpiady, konkursy, zadania. Astronomia dla każdego

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

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

Zderzenia relatywistyczna

Struktura protonu. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład III

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

Cząstki elementarne Odkrycia Prawa zachowania Cząstki i antycząstki

Fizyka na LHC - Higgs

Janusz Gluza. Instytut Fizyki UŚ Zakład Teorii Pola i Cząstek Elementarnych

Transkrypt:

Cząstki i siły tworzące nasz wszechświat Piotr Traczyk IPJ Warszawa

Plan Wstęp Klasyfikacja cząstek elementarnych Model Standardowy 2

Wstęp 3

Jednostki, konwencje Prędkość światła c ~ 3 x 10 8 m/s Stała Plancka J s ħ = h/2π = 1,055 x 10-34 E = mc 2 p = γmv Jednostka energii: 1 ev (elektronowolt) energia kinetyczna elektronu przyspieszonego potencjałem 1 V 1 ev = 1,602 x 10-19 J 4

Jednostki, konwencje (HEP) Prędkość światła c = 1 Masy, energia i pęd mierzone w ev E = mc 2 -> E = m p = γmv -> p = γmβ Przykłady: Masa elektronu Masa protonu Masa kwarku top Energia zderzenia pp w LHC Energia lecącego komara m e ~ 0,5 MeV m p ~ 1 GeV m t ~ 175 GeV E LHC ~ 14 TeV E komar ~ 1 TeV 5

Mechanika Kwantowa (1) Dualizm korpuskularno-falowy: λ = h/p (Louis de Broglie, 1924) Popularny przykład światło, doświadczenie Younga vs zjawisko fotoelektryczne Ale na tym nie koniec! paradoks dotyczy nie tylko fotonów... 6

Elektrony jako fale 1927 r. - dyfrakcja elektronów na krysztale, C. J. Davisson, L. H. Germer, (Nobel w 1937 r.) 1957 r. - doświadczeniee Younga dla elektronów, J. Faget, C. Fert UWAGA! Elektrony przelatywały przez szczeliny pojedynczo z czym interferuje pojedynczy elektron...? To nie koniec tematyki - pozostają doświadczenia z innymi cząstkami, efekt Aharonova-Bohma,... 7

Klasyfikacja cząstek? Bariony Bozony Fermiony Kwarki Hadrony Leptony Mezony 8

Pierwsze kryterium Podział ze względu na spin całkowity czy połówkowy Spin całkowity bozony Spin połówkowy - fermiony 9

Klasyfikacja cząstek Fermiony vs Bozony 10

Bozony - nośniki oddziaływań Jak opisujemy oddziaływania w świecie cząstek? Przykład: rozpraszania elektronów zachodzi przez wymianą fotonu Pytanie: skąd elektron wie, że ma wysłać foton? Odpowiedź: nie wie, więc robi to bez przerwy... 11

Mechanika Kwantowa (2) Zasada nieoznaczonościi Heisenberga: x pp >= ħ/2 Nie można jednocześniee zmierzyć pędu i położenia cząstki z dowolną dokładnością Analogia położenie i częstotliwość fali λ = h/p 12

Cząstki wirtualne Inna postać zasady nieoznaczoności: E t>=ħ/2 Elektron otoczony chmurą wirtualnych fotonów cząstek powstałych na kredyt Zasada zachowania energii + zasada nieoznaczoności -> Czas przez który taki foton może istnieć jest związany z jego energią == prawo Coulomba Jeśli wirtualny foton trafi na elektron, następuje przekaz pędu oddziaływanie 13

Silne 8 gluonów Oddziaływaniaa elementarne Elektromagnetyczne 1 foton Słabe 3 bozony W + W - Z 0 Grawitacja 1 grawiton (?) 14

Klasyfikacja cząstek Fermiony vs Bozony 15

Drugie kryterium czy oddziałują silnie Nie Tak 16

Fermiony składniki materii Punktowe (?) Oddziaływanie słabe, elektromagnetyczne (tylko naładowane) i grawitcyjne Obserwowane bezpośrednio bądź pośrednio (neutrina) Trzy rodziny, jedyna różnica - masa 17

Fermiony składniki materii Punktowe (?) Oddziaływanie słabe, elektromagnetyczne, silne i grawitcyjne Nie występują samodzielnie Trzy rodziny, jedyna różnica - masa 18

Trzy rodziny fermionów Dokładną liczbę rodzin fermionów zmierzono w doświadczeniach przy akceleratorze LEP Oczywiście przy pewnych założeniach... Dokładniej: zmierzono liczbę rodzin lekkich, oddziałujących słabo neutrin 19

Hadrony cząstki zbudowane z kwarków Ładunek silny kwarków Kolor (RGB) Cząstki utworzone z kwarków muszą być kolorowo neutralne - białe Dwie możliwości: Trzy kwarki o różnych kolorach bariony. Np. Proton, neutron. Para kwark-antykwark mezony. Uwaga mezony mają spin całkowity więc są bozonami. Ale nie są to już cząstki elementarne. 20

O uwięzieniu kwarków Oddziaływania silne nie słabną wraz z odległością (!) Siła ~stała powyżej pewnej odległości Więc energia potencjalna rośnie, około 1 GeV/fm W końcu energii wystarcza na kreację np. pary kwark- antykwark 21

Budowa Protonu Ładunek 2/3+ +2/3-1/3 = 1 Z daleka... 22

Budowa Protonu Z bliska. 23

Klasyfikacja - Fermiony podsumowanie Bozony leptony kwarki nośniki oddziaływań bariony (3 kwarki) mezony (kwark - antykwark) hadrony 24

Model Standardowy Matematyczny opis kwantowa teoria pola Rozwinięty w latach '70 poprzedniego stulecia Oddziaływania elektrosłabe + chromodynamika kwantowa (QCD oddziaływania silne) Bardzo dobrze zgodny z doświadczeniem, kilka spektakularnych sukcesów odkrycie bozonów W i Z (1983 CERN), kwarku top (1995 Fermilab) A jednak fizycy wciąż szukają dziury w całym... 25

Problemy Modelu Standardowego Typ I opisuje ale nie wyjaśnia Masy cząstek, siły oddziaływań itp. Dlaczego trzy rodziny fermionów ładunek protonu = - ładunek elektronu 26

Problemy Modelu Standardowego Typ II braki i niezgodności Masy cząstek nie potwierdzony doświadczalnie mechanizm Higgsa (jutro) Ciemna materia (czwartek) Asymetria materia-antymateria Grawitacja całkowicie pominięta 27

Problemy Modelu Standardowego Typ III pasuje do danych Bezpośrednie pomiary jak dotąd całkowicie zgodnie z modelem (patrz trzy slajdy wstecz) Silne przesłanki, że coś chowa się tuż za rogiem... 28

Podsumowanie: sytuacja na początek 2008 r. Model Standardowy opisuje 3 z 4 znanych fundamentalnych oddziaływań Cząstki elementarne 2x6 kwarków 2x6 leptonów 12 bozonów przenoszących oddziaływania Bardzo dobrze zgodny z doświadczeniem, ale... 29