Wstęp do fizyki cząstek elementarnych
-
Upload
edward-cleveland -
Category
Documents
-
view
69 -
download
0
description
Transcript of Wstęp do fizyki cząstek elementarnych
![Page 1: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/1.jpg)
Wstęp do fizyki cząstek elementarnych
Ewa Rondio
![Page 2: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/2.jpg)
cząstki elementarne• krótka historia• pierwsze cząstki • próby klasyfikacji• troche o liczbach kwantowych• kolor• uwięzienie kwarków• obecny stan wiedzy• oddziaływania• składniki Modelu Standartowego
![Page 3: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/3.jpg)
![Page 4: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/4.jpg)
Krótka historia1905 – A. Einstein wyjaśnił obserwowany efekt fotoelektryczny postulując, że światło jest strumieniem kwantów energii
fotony
1923 – Compton badał rozpraszanie fotonów na elektronach
Rys F. Żarnecki
Fotony niosą nie tylkoenergię, ale i pęd - jak cząstki.
Eγ =hv
badanie cząstek zderzenia
![Page 5: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/5.jpg)
rozpraszanie Rutherforda
hipotez jądra atomowego stad już blisko do protonu, potem neutron ...
![Page 6: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/6.jpg)
pierwszy etapfoton, elektorn, jądro atomu
• – potem jego składniki: proton i neutron• potem cząstki obsewowane w
promieniowaniu kosmicznym• przyspieszanie cząstek i produkcja nowych
![Page 7: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/7.jpg)
![Page 8: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/8.jpg)
produkcja nowych cząstek w zderzeniach
• cząstki naładowane można przyspieszac, kierować ich ruchem i zderzać z “tarczą”
• najlepsze pociski to protony lub elektrony (sa naładowane i trwałe, mozna je łatwo zbierac i przyspieszać)• obserwujemy co powstaje • w miarę wzrostu dostępnych energii można
produkować coraz cięższe cząstki
![Page 9: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/9.jpg)
Zderzenie dwóch
obiektów o dużej energii
• Powstaje wiele obiektów , niektóre
zupełnie inne niż te które się zderzyły
![Page 10: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/10.jpg)
pojawiają się coraz to nowe cząstki
LHC
![Page 11: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/11.jpg)
coraz więcej “cząstek elementarych”...
cząstki o spinie całkowitym MEZONY
π +,π − ,π 0
K + ,K − ,K 0 ,K 0
ρ + ,ρ − ,ρ 0
η ,ω......
p,n
Λ,Σ+,Σ−,Σ0
Ξ+,Ξ−,Ξ0
Ω,....
cząstki o spinie połówkowym BARIONY
potrzeba uporzadkowania, może te cząstki mają bardziej elementarne składniki ????
![Page 12: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/12.jpg)
propozycja Gel-Manna:
![Page 13: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/13.jpg)
q=-1/3
q=-1/3
q=+2/3
wszystkie znane wówczas sząstki można “poskładać” z 3 cegiełek o dość dziwnych własnościach•między innymi ich ładumek musi być ułamkowy (1/3 i 2/3)
np.proton =uud
u d
s
![Page 14: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/14.jpg)
hipoteza wydawała się dziwna, ale wprowadzała porządek i miała bardzo ciekawe własności symetrii
mezony (spin 0,1..) składają sięz pary kwark- anty kwark
bariony (spin ½, 3/2...) składają sięz trzech kwarków
wszystkie cząstki dało się wpisac w takie rodziny (8, 12..), ale nie wszystkie miejsca były pełne
![Page 15: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/15.jpg)
taki model pozwala opisac zachowanie cząstek i wyjaśnić niektóre ich własności
taki rozpad możliwyjeśli “wystarczy energii”
po sprawdzeniu mas wiemy, że nie wystarczy
dlatego kwarki s musza“zniknać”to wydłuża proces
przykład:
![Page 16: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/16.jpg)
jak budujemy, tesujemy hipotezyczy dla każdej cząskti znajdujemy miejsceczy ten opis nie łamie zadnych podstawowych praw?
tu okazało się, że jest problem:istniała cząskta
Δ++ =uuujej “zbudowanie” wymaga 3 kwarków takich samych (u)•równolegle ustawionych spinach (spin cząstki jest 3/2)
to jest sprzeczne z zakazem Pauliego (2 fermiony nie moga sie znajdować w tym samym stanie)
trzeba wprowadzic liczbe kwantową którą będą sie różnić !!!!
![Page 17: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/17.jpg)
aby cząskta mogła istnić kwark u musi występować w trzech “wersjach”
przez analogie do optyki dla liczby kwantowejrozróżniającej te 3 wersje przyjęto nazwę KOLORkwarki występują w 3 kolorachobserwowane cząstki bariony i mezony nie niosą liczby kwantowej koloru są BIAŁE
Δ++
takie wyjaśnienie uratowało model, a przy okazji dostarczyło argumentu dlaczegow naturze obserwujemy tylko “trojki krarków” i pary kwark-antykwark
obserwowane cząskti “są białe” jak to wyjaśnić???
![Page 18: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/18.jpg)
przy pewnej odległości energia struny bardzo duża może się zamienic na masę nowej pary kwark-antykwark
E =mc2
teraz mamy stare i nowe kwarki, które mogą tak się zgrupować aby powstały 2 białe cząstki
barion = 3 kwarki biały
mezonkwark-antykwarkbiały
jesli odsuwamy kwarki naciąga sie miedzy nimi struna kolorowaim dłuższa struna tym większą ma energię
kwark ma kolor, oddiaływania między kwarkami to oddziaływania obiektów kolorowych
![Page 19: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/19.jpg)
![Page 20: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/20.jpg)
czy inne obserwacje potwierdzają model kwarków i istnienie koloru?
• dopuszczenie cząstek składających sie z 3 kwarków różniacych sie tylko kolorem pozwala opisać cząstke
i
dla 3 rodzajów kwarków należy się też spodziewać cząstki zbudowanye z sss
gdy wprowadzano kwarki takiej cząstki nie znanojej masa została przewidziana na podstawie modelui w krótkim czsie ją znaleziono jest to cząstka jej obserwacja bardzo wzmocniła model kwarków
Δ++ =uuu
Δ− = ddd
Ω−
![Page 21: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/21.jpg)
barion = 3 kwarki biały
mezonkwark-antykwarkbiały
dalsze badania wykazały, że jest jeszcze czwarty kwark, potem odkryto jeszcze 2tak wiec mamy 6 kwarków tworzacych 3 pary : ładunek -1/3 i ładunek 2/3 każdy kwark występuje w 3 kolorach
z takiego zestawu kwarków można zbudować wszystkie znane dziś HADRONY
bariony i mezony uczestniczą w oddziaływaniach silnych = hadrony
![Page 22: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/22.jpg)
dołożenie czwartego kwarka powoduje, żedotychczasowe rodzinycząstek poszerzają się(nowa oś c )
![Page 23: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/23.jpg)
• czy to wszystkie “cząstki elementarne” ??• wiemy, że NIE elektron nie jest hadronem, nie składa się z kwarków
![Page 24: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/24.jpg)
LEPTONY– cząstki, które nie biorą udziału w oddziaływaniach silnych (biorą w słabych i jeśli mają ładunek to w elektro-magnetycznych)
pierwszy odkryty lepton elektronteraz wiemy, że leptonów jest 6, tworzą pary: naładowany – neutralny (neutrino) o nich będzie poźniej
![Page 25: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/25.jpg)
czy teraz juz may wszystkie składniki?• wiemy, że nie, bo w naszej klasyfikacji nie ma
FOTONU• to nośnik pola (elektro-magnetycznego)
DiagramyFeynmana
cząstki komunikiją się przez wymianę cząstki przenoszącej oddzalywanie
prezentacja graficzna:
![Page 26: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/26.jpg)
oddziaływanie to wymiana “nośnika” = kwantu pola
![Page 27: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/27.jpg)
potwierdzenie istnienia kolorupomiar stosunku przekrojów czynnych w oddziaływaniu e+e-
![Page 28: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/28.jpg)
![Page 29: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/29.jpg)
![Page 30: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/30.jpg)
D. Kiełczewska, wykład 1
Model Standardowy – opis cząstek i ich oddziaływań
e
e
m
m
udu u d
c cdc s
s
t tsb tb b
To są wszystkie(obecnie znane)cząstki elementarne
Podlegajątym samym UNIWERSALNYMprawom fizyki
![Page 31: Wstęp do fizyki cząstek elementarnych](https://reader036.fdocuments.net/reader036/viewer/2022062521/56812a81550346895d8e11ce/html5/thumbnails/31.jpg)
D. Kiełczewska, wykład 1
Generacja I Generacja IIModel Standardowy w kolorach
Bosonypośredniczące
0Z γW
W +
gluony
c cc
Generacja III
b b
tt t
b
Leptony mmee
Kwarki ud ssd
uusd