Moderna fizika 2 - WebHome krizan/sola/modfiz2/slides/modfiz2-uvod.pdfjedrski fizik: 10-15....

download Moderna fizika 2 - WebHome krizan/sola/modfiz2/slides/modfiz2-uvod.pdfjedrski fizik: 10-15. nukleoni: mona, ibka: moja plaa. fizik osnovnih delcev: 10-18. ... formula Betheja

of 90

  • date post

    12-May-2018
  • Category

    Documents

  • view

    231
  • download

    6

Embed Size (px)

Transcript of Moderna fizika 2 - WebHome krizan/sola/modfiz2/slides/modfiz2-uvod.pdfjedrski fizik: 10-15....

  • Peter Krian

    Peter Krian

    Moderna fizika 2Uvod

  • Peter Krian

    Vsebina

    Uvod

    Standardni model osnovnih delcev in njihovih interakcij

    Poskusi v fiziki osnovnih delcev

    Program predmeta

    Pregled literature

  • Peter Krian

    DELCI in SILE, urejeni po NADSTROPJIHDELCI in SILE po nadstropjih

    Velikost(m) Predmet Sila Smisel Strokovnjak

    1021 kopicegalaksij gravitacija

    filozof

    1014 galaksijezvezdeplaneti

    astronom, astrofizik

    1 iva bitja instinkti ohranitev vrste biolog, sociolog

    10-8 molekule elektro-magnetna

    pestrost svetlobe, ivljenja

    kemik, atomski fizik,

    10-10 atomi energija atomski fizik

    10-14 jedra jedrska kemijski elementi, sonce, reaktor

    jedrski fizik

    10-15 nukleoni mona, ibka

    moja plaafizik osnovnih

    delcev

    10-18 kvarki? ? filozof

  • Peter Krian

    Kaken naj bo opis narave?

    Dve zahtevi: Preprost Pravilen

  • Peter Krian

    Opis narave po Anaksimenesu

    Anaksimenes iz Mileta:

    Narava je sestavljena iz tirih elementov: zrak zemlja voda ogenj

    Preprost, a napaen...

  • Peter Krian

    Opis narave po MedeljejevuD.I. Mendeljejev:Periodni sistem elementov:

    ~100 elementov Pravilen, a zapleten...

  • Peter Krian

    J.J. Thomson (1897): odkritje elektrona (NN 1906)

    Odkritje elektrona: zaetek fizike osnovnih delcev

  • Peter Krian

    A. Einstein, M. Planck: energijski paketi svetlobe (NN 1921, 1918)

    A. Einstein: E = mc 2

    L. de Broglie: B=hc / Ekin (NN 1929)

    W. Heisenberg: E . t ~ h (NN 1932)

  • Peter Krian

    Rutherford, Geiger

    Sipanje delcev na Au foliji

    Pozitivni naboj enakomerno porazdeljen po atomu? vsi delci se morajo sipati pod majhnimi koti.

    Poskus: precej delcev se siplje pod velikimi koti!

    Geiger, Marsden

  • Peter Krian

    E.Rutherford (1911): atomi so iz masivnega jedra in elektronskega oblaka

    Jedro: 1/1000000000000000 prostornine atoma

    Toda: A ni enak Z - razen pri vodiku!

    He: Z=2, A=4;

    Li: Z=3, A=7Kopija originalnega lanka dobite na naslovu http://www.chemteam.info/Chem-History/Rutherford-1911/Rutherford-1911.html

  • Peter Krian

    Jedra so sestavljena iz

    protonov in nevtronov !

    J. Chadwick: odkritje nevtrona (NN 1935)

  • Peter Krian

    Na poti do osnovnih delcev

    Red v periodnem sistemu atomi so sestavljeni iz osnovnejih delcev, protonov in nevtronov v atomskem jedru, in elektronov.

    Ali sta torej p in n osnovna delca?

  • Peter Krian

    H. Yukawa: nosilec mone sile med nukleoni je pion

    m c2 ~ 0,1 GeV

    (NN 1949)

    Poleg elektromagnetne e dodatna (mona) sila!!!

    mca

    rerV

    ar

    =

    /

    )( Potencial za interakcijo, ki jo prenaa masiven delec z maso m

    a: doseg interakcije

  • Peter Krian

    arki v meglini celici

    (C. Wilson, NN 1927)

    Detekcija delcev

  • Peter Krian

    Detekcija delcevDelec detektiramo tako, da ga pustimo, da interagira s

    sredstvom v detektorjuInterakcijo nato zabeleimo (razvijemo filmsko emulzijo,

    fotografiramo mehurke, obdelamo elektrini signal) in jo interpretiramo rekonstruiramo reakcijo (dogodek).

    Energijske izgube na enoto poti: formula Betheja in Blocha

  • Peter Krian

    Detekcija delcev 2

    Energijske izgube na enoto poti: formula Betheja in Blocha

    Za

  • Peter Krian

    Radioaktivni izotopi

    Kozmini delci

    Pospeevalniki

    Izvori delcev

  • Peter Krian

    C. Anderson(NN 1936)

    e +

    Nabit delec preka ploo iz Pb

    Naboj: predznak iz ukrivljenosti v magnetnem polju B (kae v sliko)

    Masa: iz gibalne koliine polmer kroga - in hitrosti (to pa ocenimo iz izgube E pri preletu svinca)

    Odkritje pozitrona

  • Peter Krian

    C. Anderson (1936):

    meritve z meglino celico

    ~4500 m.n.m.

    ~0 m.n.m.

    nov delec, m~0,1 GeV

    NE obuti mone sile

    (200 krat teji od e)

    Odkritje miona

  • Peter Krian

    C. Powell: fotografska emulzija, odkritje (1947)(NN 1950)

    Odkritje piona

    e

    Pravilno zaporedje: poasneji delci izgubljajo ve energije puajo debelejo sled

    X e X

  • Peter Krian

    Rochester, Butler (1947)

    K0+ K+

    Odkritje kaonov

    svinena ploa

  • Peter Krian

    udni delci

    Kaoni so primer udnih delcev: zelo radi nastanejo, razpadejo pa poasi.

    udni delci nastanejo le v parih: recimop+p p+p+K++K-, ne pa tudi p+p p+p+K0

    za nastanek je odgovorna mona interakcija, ki ohranja udnost S (za K+ S=+1, za K- S=-1)

    Razpad: na primer K+ + + -: poteka zaradi ibke interakcije, udnost se ne ohranja

    ibka interakcija: odgovorna tudi za razpad betan p e-

  • Peter Krian

    3-krat udni

  • Peter Krian

    K0 K+

    +

    K0K-

    - ,0

    S=1

    S= 0

    S=-1

    Q=0

    Q=1

    Q=-1

    Mezoni:

    Periodni sistem: naboj in udnost

  • Peter Krian

    n p

    +

    0-

    - ,0

    S=0

    S:-1

    S=-2

    Q=0

    Q=1

    Q=-1

    Barioni:

    Periodni sistem: barioni

  • Peter Krian

    Na poti do osnovnih delcev

    Red v periodnem sistemu atomi so sestavljeni iz osnovnejih delcev, protonov in nevtronov v atomskem jedru, in elektronov.

    Ali sta torej p in n osnovna delca?

    Teava: imata cel kup sorodnikov (hadronov), ki jih podobno kot atome uvrstimo v neke vrste periodni sistem.

  • Peter Krian

    Na poti do osnovnih delcevMultipleti hadronov ~ periodni sistem.

    J=1/2

    J=3/2

    J=0

    J=1

  • Peter Krian

    u: Q=+2/3d: Q=-1/3S: Q=-1/3

    M. Gell-Mann: hadroni so sestavljeni iz kvarkov!

  • Peter Krian1

    Hadroni: sestavljeni iz kvarkov

    Mezoni: kvark + anti-kvark barioni: trije kvarki

  • Peter Krian

    e ve kvarkov: najprej kvark c

    J/e+e-J/+-

    November 1974: odkritje delca J/ vezano stanje kvarka c in anti-kvarka c pri 3,1 GeV/c2 (NN Sam Ting in Burt Richter)

    Masa kvarka c ~ 1,5 GeV/c2

    SPEAR@SLAC

    BNL

  • Peter Krian

    e ve kvarkov: nato kvark b

    1977: odkritje delca vezano stanje kvarka b in anti-kvarka b pri 9,4 GeV/c2

    Masa kvarka b ~ 5 GeV/c2

    +-

    FERMILAB

  • Peter Krian

    e ve kvarkov: in konno t1995: odkritje kvarka t v razpadih t b e+ eEksperiment CDF v FERMILABu

    Pri zgornjem dogodku so zabeleili razpada obeh, t in anti-t (zmeraj nastaneta v paru); drugi t je razpadel takole t b d u

    _ _ _

  • Peter Krian

    Standardni model

    Standardni model: 2 vrste osnovnih delcev (leptoni, kvarki) 3 vrste interakcij

    delec, ki poskrbi za maso vseh ostalih (Higgs)

  • Peter Krian

    Sile med osnovnimi delci: izmenjava nosilcev sile

    Drsalca na ledu, ki si podajata ogo, se oddaljujeta eden od drugega.

    e je oga teka, si jo lahko podajata le na kratko razdaljo.

    Osnovni delci sodelujejo (interagirajo) med sabo preko nosilcev sile (interakcije)

  • Peter Krian

    Standardni model: osnovni delci

    Osnovni delci 1. druina 2. druina 3. druina

    kvarki u,d s,c b,t

    leptoni e-,e -, -,

  • Peter Krian

    Standardni model: Interakcije

    Sila - interakcija nosilci sile doseg

    elektromagnetna foton neskonen

    ibka ibki bozoni W+, W-,Z0

    zelo kratek

    mona gluoni g kratek

  • Peter Krian

    Barioni in mezoni: vezana stanja kvarkov in anti-kvarkov

    Mezoni: masa+: kvark u + antikvark d 1/7 mpK+: kvark u + antikvark s 1/2 mpK0: kvark d + antikvark s 1/2 mp : kvark s + antikvark s 1.1 mpJ/ : kvark c + antikvark c 3 mpB0 : kvark d + antikvark b 5.5 mp

    _

    __

    __

    _

    Barioni: proton: uud, nevtron: udd

  • Peter Krian

    ibka interakcija: pretvorba enega kvarka v drugega

    Pri prehodu, ki ga povzroi ibka interakcija, sespremeni okus kvarka: recimo du.

    Primer:Razpad beta pri nevtronu: (udd) (uud) + e- + e

    Moni prehodi:ud, us, ubcd, cs, cb td, ts, tb

    Vsi prehodi niso enako verjetni!

  • Peter Krian

    Matrika CKM

    Prehodi med kvarki iste druine so bistveno bolj verjetni (=debeleje rte)

    Wqi

    qjVij

    Prehodi med kvarki z nabojem 2/3 in 1/3: kompleksni matrini elementi unitarne matrike CKM (Cabibbo-Kobayashi-Maskawa)

    1

    2

    3

    1

    2

    30

    0.25

    0.5

    0.75

    1

    0

    0.25

    0.5

    0.75

    1

  • Peter Krian

    Kritve simetrije med delci in anti delci (CP)

    Kompleksnost matrike CKM kritev simetrije CPRazlika med delci in antidelci, kot smo jo izmerili s spektrometroma

    Belle in BaBar, se ujema z napovedjo japonskih fizikov M. Kobayashija in T. Maskawe

    Nobelova nagrada 2008 Meritve razlinih parametrov Standardnegamodela potrjujejo napoved Kobayashija in

    Maskawe

  • Peter Krian

    Ohranitveni zakoni

    Pri vseh (do sedaj znanih) interakcijah se ohranjajo:- etverec gibalne koliine- vrtilna koliina- naboj Q- barionsko tevilo B- udnost (razen pri ibki interakciji)- parnost (razen pri ibki interakciji)- leptonska tevila (loeno elektronsko, mionsko in

    tauonsko)*

    * razen pri propagaciji nevtrinov

  • Peter Krian

    Poskusi v fiziki osnovnih delcev

    Pospeimo osnovne delce, pri trku se sprosti energija, ta se pretvori v materijo delce, od katerih so nekateri neobstojni.

    Dva naina trkanja:Poskusi s fiksno taro Trkalnik

  • Peter Krian