Wszechświat cząstek elementarnych - Warsaw High Energy Physics ...

hep.fuw.edu.pl

Wszechświat cząstek elementarnych - Warsaw High Energy Physics ...

Wszechświat cząstekelementarnychWYKŁAD 3Cząstki elementarneOdkryciaPrawa zachowaniaCząstki i antycząstki4.III.2009


Fizyka cząstek elementarnych• Wiek XX – niezwykły y rozwój j fizyki, pojawiły y sięfundamentalne idee:- pierwsza połowa owa to teoria względnodności,teoria grawitacji i teoria kwantów- druga połowaowa – fizyka cząstek elementarnych(teoria cząstek elementarnych lata 70-e e XX w.)• Teoria względnodności i prawa mechanikikwantowej rządzdzą w świecie cząstekelementarnych.Obowiązujzują znane z makroświata prawazachowania energii i pędu, pładunku elektr.


Zoo cząstek elementarnychDefinicja: cząstka elementarna- 'obserwowany'obiekt prostszy niż jądro atomowe (wyjątekjądro atom. H = proton)Cząstki elementarne – AD 2009dużo o (1000) i różnorodne r(Zoo):Różne masy, czasy życia,różneładunki elektryczne,grupowanie się w układy (multiplety)różne sposoby oddziaływaywańNajprostsze cząstki el. → cząstki fundamentalneCząstki elementarne mogą być złożone one (proton)


Odkrycia cząstek elementarnych- 'potop' w latach 50-60 XX wFoton γNeutrino ν


Kwant - ur. w 1900, 14 grudniaMax Planck: radykalne wyjaśnieniepromieniowania cieplnego rozgrzanych ciał.Z doświadczenia–> > całkowita energiapromieniowania zależy y tylko od temperatury.Ale opis dla idealnego źródła a promieniowania('ciało o doskonale czarne') nonsensowny,powinno emitować nieskończonczoną energię(„katastrofa w ultrafiolecie”).Planck: Dobry opis gdy promieniowanie paczek(kwantów) w) energii E = h ν. ...Ale to „tragedia”


Odkrycia cząstek elementarnych'potop' w latach 50-60 XX wFoton γNeutrino ν


Masy (E=mc 2 , jednostkaMasyNeutrino – 0 ?Elektron – 0.5 MeVPion –, jednostka masy = eV/ c 2 ,często pomijamy stały y czynnik c 2 )140 MeVProton, neutron -1 GeVIstnieją cząstki masywniejsze niż protonnawet 200 razyPochodzenie mas cząstek– nadal zagadkąCzy masa cząstki = suma mas składnikadników?


Czasy życia cząstek elementarnychCzas życia układu– czas po którym połowaowa•układadów w danego typu przestaje istniećCzasy życia cząstek elementarnych τ•cząstki trwałe – np. elektron i proton(> 4.6 10 26 lat i > 10 30 lat)cząstki rozpadajace się b. szybko 10 -24scząstki rozpadające się powoli:mion 2 10 -6 s, piony naładowane adowane 2.6 10 -8 sPrawdopodobieństwo rozpadu małe, gdy•czas życia długi di odwrotnie


Rozpad cząstki elementarnejRozpad cząstki to swobodne przejście doinnego stanu (to nie jest rozpad na składnikicząstki złożonej, z onej, ale przeorganizowanie składu).Np. rozpad β: neutron (ddu(ddu) → p(uuduud) ) e i 'coś'(czas życia neutronu 886 s = 14,8 min)1914 J. Chadwick: energia elektronu zmiennawięc c to nie może e być rozpad na dwie cząstkiBohr – energia się nie zachowujePauli 1931-'co'coś'' bez masy i ładunku (..bez wiary)Fermi 1932-nazwa neutrino(neutralne maleństwo)


Produkcja cząstek elementarnychW zderzeniach cząstek danego typuprodukcja dwóch, trzech,..N cząstekstek-zawsze w zgodzie z zasadązachowania energii i pędupEnergia zderzenia może e się zamienićcałkowicie na energię spoczynkowąjednej nowej cząstki, zgodnie z E=mc 2 -produkcja rezonansowa -tak odkryto wiele cząstek


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


Zderzacz kosmiczny:w promieniowaniu kosmicznymodkryto wiele nowych zjawisk w tym cząstki dziwneClose


1955 CERN accelerators replicate cosmic rays on Earth…..record the images and reveal the real heart of matter….he beginnings of modern high energy particle physics [Close]


Dziwne też to, że produkują się tylko parami


Własności cząstekelementarnych - liczby kwantoweCząstki dziwne mają cechę S (dziwnośćróżnąod zera); wartości S: 1, 2 , 3.. (i ujemne)Nukleony= proton i neutron S=0Piony S=0Inne cechy (liczby kwantowe)– powab, piękno itp.wszystkim cząstkom przypisujemy odpowiednieliczby kwantowe.Te liczby kwantowe dodają się i zachowują (jakładunek elektryczny) w niektórychprocesach


Nośnikami tych liczb kwantowychsą kwarki


Nukleony i zwykłe e kwarki (oraz klej)Proton i neutron = 3 kwarki(różne typy kwarków w i ich nazwy…)kwarki u (up) i d (down)kwarki występujpują w 3 stanach ( barwach,kolorach)(barwach,kolorach- nowa liczba kwantowaczerwone, zielone i niebieskie – to tylko nazwyu u uud d ddproton udneutronKwarki nie mają struktury! SąSfundamentalne..Ale nie występujpują jako cząstki swobodne – p i n takW nukleonach sąsgluony – sklejające całość(w atomie ->siły y e-m, efotony)du


Antycząstki (antymateria)• Antycząstki to też cząstki, choć mogą się różnić odswoich „partnerów” pewnymi własnowasnościami.Cząstki i antycząstki mają tę samą masę i czas życia• Np. elektron i pozyton – to para cząstkastka-antycząstka(ale która jest którą to sprawa umowy), różnirnią sięznakiem ładunku elektrycznego (pozyton ma dodatniładunek).Elektron odkryto w 1897 a pozyton w 1932• Przewidywanie teoretyczne istnienia antycząstki–Dirac’ 1928 z analizy równarwnań• Istnienie antycząstek wynika z prawa przyrody;cząstka może e być swoją antycząstkstką – np. foton(ładunek elektr. zero);• Cząstka i antycząstka mogą oddziaływaywać bardzogwałtownie– znikać i pojawiać się w parach• Oznaczenie – kreska nad symbolem cząstki np.


Kolor – cd• wszystkie kwarki sąskolorowe• gluony – też mają kolor ale „podwójny”kolor i antykolornp. gluon czerwono- antyniebieski• foton „czujeładunek el.”, , gluon – ładunekkolorowy – (oddziałuje z.., sprzęga się do..)• makroskopowo – ładunek kolorowy nie występuje, bokwarki nie występujpują pojedynczo


H atom(not to scale!)a miracleofneutralityelectronbalancesuudF. Closehint of unification

More magazines by this user
Similar magazines