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Teilchenphysik: Stand und Perspektiven

Teilchenphysik: Stand und Perspektiven . http://wulz.home.cern.ch/wulz/Vorlesung/ Perspektiven3_2012. pdf. 142.095 (TU) , 260152 ( Universität ) Claudia-Elisabeth Wulz Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften c/o CERN/PH, CH-1211 Genf 23

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Teilchenphysik: Stand und Perspektiven

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  1. Teilchenphysik: Stand und Perspektiven http://wulz.home.cern.ch/wulz/Vorlesung/Perspektiven3_2012.pdf 142.095 (TU), 260152 (Universität) Claudia-Elisabeth Wulz InstitutfürHochenergiephysikder ÖsterreichischenAkademiederWissenschaften c/o CERN/PH, CH-1211 Genf 23 Tel. 0041 22 767 6592, GSM: 0041 76 487 0919 E-mail: Claudia.Wulz@cern.ch http: //home.cern.ch/~wulz 6. März 2012 Teil 3

  2. Literatur A. Pich: The Standard Model of Electroweak Interactions, http://arxiv.org/abs/0705.4264 W. Hollik: Electroweak Theory, http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/53/1/002 T. Morii, C.S. Lim, S.N. Mukherjee: The Physics of the Standard Model and Beyond, World Scientific Publishing Co. (2004) W. Majerotto (ed. S. Kraml,erhältlich auf derwebsite von H. Eberl): Skriptum“Einführung in die ModellederElementarteilchenphysik (WS / SS)” http://wwwhephy.oeaw.ac.at/helmut/skriptWS.ps http://wwwhephy.oeaw.ac.at/helmut/skriptSS.ps M. Treichel: Teilchenphysik und Kosmologie, Springer-Verlag (2000) D. Griffiths: Introduction to Elementary Particles, Wiley VCH, (2008)

  3. Das StandardmodellderTeilchenphysik Das StandardmodellisteineTheoriederstarken, schwachen und elektromagnetischenKräfte, formuliert in derSprache von Quantenfeldtheorien, und derElementarteilchen, die an diesenWechselwirkungenteilnehmen. Die Gravitation istjedochnichteingeschlossen. Wechselwirkungenwerdendurch den Austausch von virtuellenTeilchenvermittelt.

  4. Teilchen Materieteilchen: Fermionen (halbzahliger Spin, s = ½ħ) und ihreAntiteilchen. Es gibt 3 Familien (Generationen) von bis auf ihreMassenidentischenFermionfeldern. FermionentretenalsLeptonen und Quarks auf. Vermittlerteilchen: Eichosonen (ganzzahliger Spin, s = 1ħ). Es gibt 3 Arten von Eichbosonen, entsprechend den 3 durch das StandardmodellbeschriebenenWechselwirkungen. Higgsteilchen: ErwirdzurBrechungderelektroschwachenSymmetrie in die EichsymmetriederQuantenelektrodynamik (QED) gebraucht. Teilchen, die mitdemHiggsfeldwechselwirken, könnensichnichtmitLichtgeschwindigkeitausbreiten und erhaltenMassendurchKopplung and das Higgsboson(s = 0ħ).

  5. Geschichte des Standardmodells 1964Quarks (u,d,s) werden von M. Gell-Mann und G. Zweig postuliert. 1964R. Brout, F. Englert, P. Higgs, G. Guralnik, C. Hagen, T. Kibble entwickeln den Higgsmechanismus 1965 Color (Farbe) wird von O. W. Greenberg, M. Y. Han, Y. Nambupostuliert. 1967S. Weinberg, Sh. Glashow und A. Salam entwickeln die elektroschwache Theorie, die die elektromagnetischen und schwachenKräftevereint (Nobelpreis 1979), und inkorporieren den Higgsmechanismuszur Erzeugung von Masse. 1969J. Friedman, H. Kendall, R. Taylor entdecken, dass das Proton Substruktur hat (Evidenzfür Quarks) in einemtiefelastischenStreuexperiment. 1970GIM-Mechanism: Einführungeines 4. Quark (c) erlaubtTheorie, die flavor-änderndeneutraleStröme , die durch das Z boson vermitteltwerden, unterdrückt. 1970FormulierungeinerQuantentheoriederstarkenWechelwirkung (QCD, Quantenchromodynamik) durch H. Fritzsch und M. Gell-Mann. 1971Renormierbarkeit von Yang-Mills-Theorienmitspontaner Symmetriebrechung (G. t’Hooft, M. Veltman)

  6. Geschichte des Standardmodells 1974AsymptotischeFreiheitdurch D. Politzer, D. Gross, F. Wilczek. 1974 Das StandardmodellderTeilchenphysik in seiner modernen Form wird durch J. Iliopoulos vorgestellt. 1974Das Charm-Quark wird am SLAC (B. Richter et al.) und in Brookhaven (S. Ting et al.) gefunden, durch die Entdeckung des J/y. 1975Entdeckung des Tau-Leptons am SLAC (M. Perl et al.). 1977Entdeckung des Bottom-Quarks (postuliert 1973 durch M. Kobayashi, T. Maskawa) am Fermilab (L. Lederman et al.). 1983Die W- und Z-Bosonen, Vermittlerderschwachen Kraft, werden am CERN entdeckt (C. Rubbia et al.). 1995Entdeckung des Top-Quarks, des letztenfehlenden Quarks, am Fermilab. 2000Nachweis des Tau-Neutrinos, des letztenfehlenden Leptons, am DONUT Experiment des Fermilab. HeuteSuchenachdemHiggsteilchen (und Verletzungen des Standardmodells…)

  7. Leptonen Es gibt 6 Leptonen (und ihreAntiteilchen), klassifiziertnachLeptonenzahl (Le, Lm, Lt) und elektrischerLadung (Q). _ _ _

  8. Quarks Es gibt 6 Quarks (und 6 Antiquarks), in dreiFarben (und Antifarben), mitBaryonenzahl B = ±1/3 und nichtganzzahligenelektrischenLadungen. _ _ _ _ _ _

  9. Quarkmodell S: Strangeness (S = - 1 für das s-Quark) Mesonenbestehenaus Quark-Antiquark-Paaren, Baryonenaus 3 Quarks.

  10. Starker Isospin Proton und Neutron habenetwa die gleiche Masse. Deshalb lag esnahe, sie in einDubletteinzuordnen: Das heißt, siesinddasselbeTeilchen in Bezug auf die starkeWechselwirkung (gleicher “starker Isospin” I), jedochmitverschiedener 3. Komponente (I3). Für Quarks istderIsopineineQuantenzahl, die Flavor charakterisiert. Jedesder 3 leichteren Quarks hat eineandere Orientation von I3: I3(u) = ½, I3(d) = -½, I3(s) = 0 VieleTeilcheneigenschaftenkönnenmitspeziellenSymmetrien in Bezuggebrachtwerden.

  11. Hadronen: Mesonen und Baryonen Beispiele: Meson-Nonett (Oktett plus Singulett) und Baryonendekuplett. - Quarks: Spin 1/2! Pauliprinzip -> COLOR (O.W. Greenberg et al.) I3: Starker Isospin (3. Komponente), S: Strangeness - Q = I3+Y/2 Gell-Mann-Nishijima-Formel Hyperladung Y = B+S

  12. Wechselwirkungen Neutrinos habennurschwacheWechselwirkungen, geladeneLeptonenerfahrenschwache und and elektromagnetischeWechselwirkungen, Quarks habenstarke, schwache und elektromagnetischeWechselwirkungen. ImklassischenStandardmodelsind Neutrinos masselos. Fermionenmüssen in linkshändigeschwacheIsospindublettsoderrechtshändigeSingulettseingeordnetwerden, Quarks in Farbtripletts.

  13. L = R = lR, (nl) R (l = e, m, t ) LinkshändigeDubletts, rechtshändigeSinguletts Linkshändige (chirale) Fermiondubletts und rechtshändigeSinguletts: • Wenn Neutrinos masselossindwieimklassischenStandardmodell, gäbeesnur R = lR. • T3 … 3. Komponente des schwachenIsospins • Analogfür Quarks: • NurlinkshändigeTeilchenzustände (oderrechtshändigeAntiteilchen-zustände) nehmen an derschwachenWechselwirkungteil. , uR, dR, cR, sR, bR, tR

  14. SchwacherIsospin Leptonen und Quarks habeneineweitereQuantenzahl, den schwachenIsospin T. Erverbindet Quark- und LeptondublettslinkshändigerTeilchen, in jeder Generation. LinkshändigeFermionen (FermionenmitnegativerChiralität) haben T = ½ und können in Dublettsmit T3 = ± ½ eingeordnetwerden. DieseverhaltensichgleichbezüglichderschwachenWechselwirkung. T3(uL) = T3(cL) = T3(tL) = ½, T3(dL) = T3(sL) = T3(bL) = -½ T3(e-L) = T3(m-L) = T3(t-L) = -½, T3(neL) = T3(nmL) = T3(ntL) = ½ Analog zurGell-Mann-Nishijima-Formel (Q = I3 + Y/2; Y = B+S): YW … schwacheHyperladung YW = 2 (Q-T3)

  15. Helizität Helizität (h)entsprichtdemVorzeichenderProjektion des Spins auf die Bewegungsrichtung. Sieistjedochnichtlorentzinvariant. Dies wirdersichtlich, wenn das Inertialsystemimrechtshändigen Fall sichmiteinerhöherenGeschwindigkeitalsfortbewegt: hwechselt von +1 auf -1. FüreinmasselosesTeilchengibteskeinInertialsystem, das sichschnelleralsmitLichtgeschwindigkeitausbreitenkann, deshalbistfürsolcheTeilchenhlorentzinvariant. FürmasseloseTeilchenist die Helizitätdasselbewie die Chiralität. v v s s v || s :h = +1 (“rechtshändig”) h = - 1 (“linkshändig”)

  16. Spinoren, Diracgleichung DiracgleichungfüreinfreiesFermionmit Masse m: (igm∂m – m)y(x) = 0 y(x)... 4-komponentiger Diracspinor, x = (t,x,y,z) 4 fundamentaleLösungen: u1, u2beschreibeneinTeilchen, v1, v2einAntiteilchen. Die Spins von u1, v1sind in +z-Richtung, die Spins von u2, v2 in -z-Richtung.

  17. Chiralität Die Eigenzustände des Chiralitätsoperatorsg5sinddefiniertalslinkshändige (uL,vL) und rechtshändige (uR,vR) chiraleZustände: Projektionsoperatorenprojizieren die chiralenEigenzuständeheraus: PRprojiziertrechtshändigeTeilchenzustände und linkshändigeAntiteilchen-zuständeheraus. WirkönnenjedenbeliebigenSpinorausseinenchiralenKomponentenzusammensetzen:

  18. Dirac- und Paulimatrizen Diracmatrizeng(4 x 4) Paulimatrizens(2 x 2)

  19. Gruppenstruktur des Standardmodells In einerEichtheoriegibteseineGruppe von TransformationenderFeldvariablen (Eichtransformationen), die die Physik des Quantenfeldsunverändertlassen. DieseEigenschaftheißtEichinvarianz. Das StandardmodellisteineEichtheorie. Es beruht auf derSymmetriegruppe: Die Eichsymmetriewirddurch das Vakuumgebrochen. Die elektroschwacheGruppewird in die elektromagnetischeUntergruppedurchspontaneSymmetriebrechung (SSB) gebrochen: SSB erzeugt die MassenderschwachenEichbosonen und führtzueinemskalarenTeilchen, demHiggsteilchen. Die Fermionmassenwerdenauchdurch SSB erzeugt.

  20. Gruppentheorie Betrachte Transformation U einerWellenfunktiony: y¢=Uy Wenn U einekontinuierliche Transformation ist, dann hat U die Form: U=ei … Operator Wenneinhermitischer Operator ist (= += *T) dannist U eineunitäre Transformation: U=eiU+=(ei)*T= e-i*T = e-i Þ UU+= eie-i=1 Bemerkung: U istkeinhermitischer Operator da U¹U+ wird Generator von U genannt. Die folgenden 4 EigenschaftendefiniereneineGruppe: 1) Abgeschlossenheit:Wenn A und B ElementederGruppesind, istesauchAoB 2) Neutrales Element I:FüralleGruppenelemente A gilt: IoA=A 3) Inverses Element:FürjedesGruppenelementgibtesein inverses Element so daß AA-1=I 4) Assoziativität:Wenn A,B,C Gruppenelementesind, dannsindesauchAo(BoC)=(AoB)oC Die Gruppeist “abelsch” wennauch das Kommutativgesetz gilt: AoB= BoA Die Gruppeheißtspeziell, wenn die Determinantedet U = 1 ist. Die Transformation mitnureinembildet die unitäreabelscheGruppe U(1). Die Gruppe SU(2) isteinenicht-abelscheGruppe.

  21. Symmetrien WechselwirkungenzwischenfundamentalenTeilchenwerdendurchSymmetrieprinzipienbeschrieben. JedekontinuierlicheSymmetriederNaturführtzueinemErhaltungssatz, jederErhaltungssatzverräteinezugrundeliegendeSymmetrie (Noether-Theorem). Beispiele: AllefundamentalenWechselwirkungensind invariant unterlokalenEichtransformationen. Die DynamikfundamentalerTeilchenwirddurch die “Lagrangedichte” oder “Lagrangefunktion” beschrieben, die von derFeldvariablen und seiner Ableitungabhängt. Lagrangedichteeinesfreien Fermions mit Masse m: … AdjungierterSpinor

  22. Beispiel: Impulserhaltung Räumliche Translation Objekt sollte sich unabhängig vom Koordinatensystem verhalten! Beispiel: klassische Mechanik Hamilton-Operator: H = H(pi, qi, t) TranslationsinvarianzErhaltung des linearen Impulses

  23. Globale und lokaleEichtransformationen Transformation: U: GruppeallerunitärenMatrizen. Einfachster Fall: U(1), U = eiq, q = reelleKonstante. L0ist invariant unterglobalen U(1) Transformationen: Wenn die Phasentransformationen von derRaum-Zeitabhängigsind(q =q(x)), istL0nichtmehr invariant untersolchenlokalenTransformationen, da: Das hieße, dasswenneinmaleinebestimmtePhasenkonventionfüreinenReferenzpunktgewähltwurde, dieselbefürallePunktegewähltwerdenmuß -> unnatürlich! Das Eichprinzipist die Forderung, dass die U(1) Phaseninvarianzauchlokalerfülltsein muss.

  24. KovarianteAbleitung Versuch, einneuesSpin-1 FeldAm(x)zurLagrangedichtehinzuzufügen, das sichwiefolgttransformiert: Man definiertauch die so genanntekovarianteAbleitung: Die kovarianteAbleitungtransformiertsichgenausowie das Feldselbst: Man erhälteineLangrangedichte, die invariant unterlokalenEichtransformationenist:

  25. Quantenelektrodynamik (QED) Durch das EichprinzipwurdeeineWechselwirkungzwichendemDiracspinor und demEichfeldAmerzeugt. Um die vollständigeLangrangefunktionder QED zubekommen, müssenwireinenkinetischen Term und imPrinzipaucheinenMassentermaddieren: elektromagnetischerFeldstärketensor Dieser Term verletzt die Eichinvarianz, deshalb muss die Photonmasse 0 sein! Maxwellgleichungen Jn … ElektromagnetischerFermionstrom

  26. Anomalesmagnetisches Moment Die strengstenexperimentellen Tests der QED kommen von Präzisionsmessungen des magnetischen Moments des Elektrons (und des Myons): “Anomalie” des magnetischen Moments: aerührtzurGänze von virtuellenElektronen und Photonen her. DieseBeiträgesindbis O(a4) vollständigbekannt; a = e2/4p ≈ 1/137 ist die Kopplungskonstante (Feinstrukturkonstante) der QED. ae= ( 1 159 652 180.85 ± 0.76 ) . 10-12 aeerlaubtauch die genauesteBestimmung von a: (1-loop Näherung) a-1 = 137.035 999 719 ± 0.000 000 096 … BohrschesMagneton 9 . 10-24 JT-1

  27. q q q q u d q Quantenchromodynamik Neben der elektrischen Ladung haben Quarks auch eine Farbladung. Gluonen haben auch Farbladungen, die jedoch nicht rein sondern gemischt sind. Die Theorie der starken Wechselwirkung wird auch Quantenchromodynamik genannt. Baryonen Mesonen

  28. EinführungderFarbe Um die Fermi-Dirac Statistikzuerfüllen, werden Quarks 3 Farbfreiheitsgradezugeordnet: NC = 3 “(rot,blau,grün)”. q(r)= q(b)= q(g) = BeispielD++ = | uuu JP = 3/2+ Drehimpuls J Parität P: SymmetrieunterräumlichenSpiegelungen Die Wellenfunktion des D++istvollständigsymmetrischohneFarbe: qqq=RaumSpinFlavor AsymmetriedurchEinführungder total antisymmetrischenFarbwellenfunktionColorwiederhergestellt: qqq=RaumSpinFavorColor

  29. Farbe und Confinement FürBaryonen und Mesonen (Quarks qa, a = 1,2,3für rot, grün, blau) kannderFarbtermwiefolgtgeschriebenwerden: eabg (Epsilontensor) ist +1 fürgeradePermutationen von a,b,g (1,2,3; 2,3,1; 3,1,2), -1fürungeradePermutationen(1,3,2; 3,2,1; 2,1,3) , und 0 for a=bor b=gor g=a. dab (Kroneckerdelta) ist 1 füra=b, und 0 füra≠b. Summierungübergleiche Indices istimpliziert. Baryonen und Mesonenerscheinennur in Farbsingulettkombinationen. Es werdenkeineTeilchenmitNettofarbebeobachtet. Freie Quarks könnendeshalbnichtbeobachtetwerden, siesindeingeschlossen in den Hadronen, ebenso die Gluonen(Confinement).

  30. Gluonen b g GluonenhabengemischteFarben: Das rote Quark wirdzueinemblauen Quark, indemesein rotes-antiblaues Gluon emittiert. Gibtes 9 Gluonen? : Bezüglich SU(3)CFarbsymmetrie, bildendiese 9 ZuständeeinFarboktett (|1> … |8>) und einSingulett (|9>): - rb r Confinement erfordert, dassallenatürlichvorkommendenTeilchenFarbsinguletts (farbinvariant) sind, deshalbkommen die OktettzuständeniealsfreieTeilchenvor. Jedochist |9> einSingulett! Könntees das Photon odereinanderesTeilchensein, das KräftemitgroßenReichweiten und starker Kopplungvermittelt? NEIN! Unsere Welt würdeanderssein … - “ r b + rb ”

  31. s (e+e Hadronen) R = _____________________________ s (e+em+ m) ExperimentellerNachweisderFarbe Messung des VerhältnissesdertotalenWirkungsquerschnittefüre+e Annihilation in Hadronen und Myonen: f …Quarkflavorsu, d, s, c, b, t NC …AnzahlderFarbladungen Da die 3 Farbzustände die gleichenLadungenhaben, solltederWirkungsquerschnittzurErzeugung von QuarkpaareneinesbestimmtenFlavortyps proportional zurAnzahlderFarben NCsein. Berücksichtigung von höherenOrdnungen (3-Jet-Ereignisse u.a.) ergibt: Q2 … Impulsübertrag

  32. - - - - - s(e+eHadronen) = s (e+eqq + qqg + qqgg + qqqq + … ) - qq s (e+e Hadronen) R = _____________________________ s (e+em+ m) - R ist fast konstant, dae+eqqdominiert. qq- - qqg

  33. u, d, s: R0 = (qu2 + qd2 + qs2) = 2 u, d, s, c: R0 = (qu2 + qd2 + qs2 + qc2) = 10/3 = 3.3 u, d, s, c, b: R0 = (qu2 + qd2 + qs2 + qc2 + qb2) = 11/3 = 3.7 u, d, s, c, b, t: R0 = (qu2 + qd2 + qs2 + qc2 + qb2 + qt2) = 5

  34. R gemitteltausverschiedenenExperimenten NC = 3 W.-M. Yao et al., Rev. Part. Phys., J. Phys. G33 (2006) 1

  35. - - q q 2-Jet- und 3-Jet-Ereignisse, as Aus demVerhältnisderZahlen von 3-Jet- zu 2-Jet-Ereignissen kannas =gs/4pbestimmtwerden. q e+ s g Z e- q e+ Z e-

  36. Running Coupling Constant as (mZ2) = 0.118 ± 0.002

  37. Nicht-AbelscheEichsymmetrieder QCD Globale SU(3)C TransformationenimFarbraumfürqfa, einQuarkfeldmitFlavorf und Farbea : Die SU(3)CMatrizenkönnen so geschriebenwerden: qa… willkürliche Parameter la/2(a = 1, …, 8) … GeneratorenderfundamentalenDarstellung von SU(3)C la… 3-dim. Gell-Mann-Matrizen Ähnlichwiefür die QED verlangenwir, dass die QCD-Lagrangedichteauch invariant unterlokalen SU(3)CTransformationenqa= qa (x)ist, und benützenwiederkovarianteAbleitungen: gsist die starkeKopplungskonstante. Daes 8 Eichparametergibt, brauchenwir 8 Gluonfelder (a=1,..,8): fabc … Strukturkonstanten (reell, antisymmetrisch)

  38. Eichtransformationen in der QCD Die EichtransformationderGluonfelderistkomplizierterals die für das Photon in der QED, da die Nichtkommutativitätder SU(3)CMatrizeneinenzusätzlichen Term zurFolge hat, der die Gluonfelderselbstbeinhaltet (infinitesimale Transformation dq): Wirführenfür die Bildung des eichinvariantenkinetischen Terms derGluonfelderFeldstärkenein:

  39. Aufspaltungder QCD-Lagrangefunktion WirkönnenLQCD in ihreverschiedenenKomponentenaufspalten: (a) (b) (c) (a) KinetischeTermefür die Gluon- und Quarkfelder (b)Farbwechselwirkungzwischen Quarks und Gluonen (c) Gluonselbstwechselwirkungen 3. und 4. Ordnung

  40. f Z f nl qj (+ 2/3) W± W- l qi (- 1/3) ± ElektroschwacheWechselwirkung Information ausniederenergetischenExperimentengenügtezurBestimmungderStrukturdermodernenelektroschwachenTheorie. W- und Z-Teilchenwurdeneingeführt und ihreMassenvorihrerEntdeckungrichtigvorausgesagt. f …Fermion (Quarks,Leptonen- inklusive Neutrinos) NeutraleStröme: GeladeneStröme: l … e, m, t q … Quark n … Neutrino

  41. nm - e  + ee+  Z e nm -  EntdeckungderneutralenStrömebei CERN 1973 - - ZumVergleich: Geladener Strom würdeeinMyonimEndzustandergeben: m m W+ nm nm emit E  400 MeVimWinkel (1.5 ± 1.5)0zumNeutrinostrahl. eidentifiziertdurchcharakteristischenEnergieverlustdurchBremsstrahlung und anschließendePaarerzeugung. Hasert et al.

  42. BlasenkammerGargamelle am CERN Gefülltmit Freon (CF3Br)

  43. Flavor Changing Neutral Currents Leptonen:Kopplung an W±nurzwischenTeilchenderselben Generation. z.B. existierenee + W , mm + W ,  + W , jedochnichtem + W ! Quarks:Kopplungauchzwischen Quarks verschiedenerGenerationen, z. B.: du + W (z.B. np + e + e) , aberauchsu + W (z. B. p + e + e) Falls dies nichterfülltwäre, wärenz.B. das leichteste strange particle K-oder beautiful particle B stabil. Allerdingssindflavor-änderndeneutraleStröme stark unterdrückt (flavor changing neutral currents, FCNC), z.Bsd + Z ! - -

  44. Cabibbo-Winkel C Cabibbo-Winkel Cabibboschlug 1963 (alsnuru, d, sbekanntwaren) vor, daß die Vertices du + WeinenFaktorcosCbzw. su + WeinenFaktorsinCerhalten, um zuerreichen, daß die Kopplungenidentischzu den Leptonensind. Damitkoppeln die W’s an die Cabibbo-rotiertenZuständegenausowie an Leptonpaare: d’dcosC+ ssinCs’dsinC+ scosC In Matrixform:

  45. u u cosC sinC W- W- s d Cabibbo-Theorie nl W± l Durch die Cabibbo-TheoriekonntenvieleZerfallsraten in Zusammenhanggebrachtwerden. Jedoch war unerklärlich, warumder K0Zerfallwenigerhäufigvorkommtalsberechnet. Die Zerfallsamplitudemüssteproportional sinCcosCsein.

  46. nm W W cos C sin C u - d s - - K 0 = (ds) K 0 = (ds) nm W W - sin C cos C c - d s GIM-Mechanismus  -  + • Experimentell gefundene Zerfallsamplitude ist nicht proportional sinC cosC , • sondern viel kleiner! • Charm-Quark eingeführt • Dieses Diagramm löscht das obige, jedoch nicht vollständig wegen der Massendifferenz von mu und mc. GIM-Mechanismus (Glashow, Iliopoulos, Maiani) K0  -  +

  47. - - Entdeckung des J/ (cc) 1974 in Brookhaven S.C.C. Ting et al. Fixed Target Experiment am AGS. p + pe +e - + X Proton-Strahl p = 28.5 GeV/c Stationäres Be-Target C ……. Cerenkovzähler (Schwellenmodus) M …… Magneten D ……. Driftkammern S …….. Schauerzähler (Kalorimeter) J/yistkurzlebig (t ~ 10-20s) - nurZerfallsproduktedetektierbar!

  48. e+e-- Paarewurdenselektiert. Invariante Masse des e+e-- Paares: W2 = E2 - p2 =(E+ + E-)2 - (p+ + p-)2 = = 2 (m2 + E+ E- - p+p-cos) Wenn das e+e-- PaarvomZerfalleineseinzigenTeilchensmitEnergie E und Impulspkommt, istaufgrund von Energie- und ImpulserhaltungW konstant (E = E+ + E- , p = p+ + p- ): p± ……. Laborimpuls von e± E± …… Gesamtenergie von e± q ……. Winkel zwischen e und e - Entdeckung des J/ (cc) 1974 in Brookhaven W2 = mJ/2

  49. - Entdeckung des J/ (cc) 1974 am SLAC B. Richter et al. e +e -- Collider SPEAR e +e -X Energiescan wurde durchgeführt. Mark-I Experiment W = mJ/ J/in Ruhe produziert. mJ/ = 3.097 GeV GJ/ = 0.063 GeV

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