1 / 26

Fyzika elementárnych častíc 2 . symetrie

Program pre učiteľov fyziky z členských štátov CERNu. Fyzika elementárnych častíc 2 . symetrie . Martin Mojžiš. opakovanie. objavené vs. vypočítané. vo výpočtoch hrala vždy významnú úlohu nejaká symetria. symetrie – čo sú a ako sa prejavujú. symetria fyzikálnej teórie:

liza
Download Presentation

Fyzika elementárnych častíc 2 . symetrie

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Program pre učiteľov fyziky z členských štátov CERNu Fyzika elementárnych častíc2. symetrie Martin Mojžiš

  2. opakovanie

  3. objavené vs. vypočítané vo výpočtoch hrala vždy významnú úlohu nejaká symetria

  4. symetrie – čo sú a ako sa prejavujú • symetria fyzikálnej teórie: • nemennosť tejto teórie pri istom type transformácií (napríklad pri posunutiach, rotáciách, …) • prejavy symetrií: • zákony zachovania • degenerácia spektier • výberové pravidlá • užitočnosť symetrií • uľahčujú niektoré výpočty, ak je teória známa • umožňujú niektoré výpočty, ak je teória neznáma

  5. symetrie a zákony zachovania teoréma Emy Noether: symetria fyzikálnej teórie  zákon zachovania

  6. symetrie a degenerácia spektier degenerácia:rôzne kvantové stavy s rovnakou energiou symetria  určitá degenerácia jednotlivých hladín približná degenerácia 3-násobná degenerácia úplná rotačná symetria mierne narušená symetria atóm vodíka – Zeemanov jav

  7. symetrie a výberové pravidlá výberové pravidlá:niektoré procesy nemôžu prebiehať symetria  určité výberové pravidlá • niektoré prechody nepozorujeme • dôvod: oni neprebiehajú • dôvod: symetria • povedané naozaj vedecky: amplitúda pravdepodobnosti pre tieto procesy je nulová a to práve z dôvodu symetrie

  8. ilustrácia symetrií: hmotnosti častíc 1 0 0 200 3500 0 0 < 0.5 ~0 < 0.5 ~0 < 60 160000 160000 10 2600 10 2600 350000 350000 180000 180000 400 9000 20 400 9000 20 H ? Higgsov bozón

  9. aké symetrie v tabuľke hmotností? • mν~0časopriestorové symetrie • mu , md~10izospinováSU(2) symetria • ms~100SU(3)f symetria • mγ~0kalibračná U(1) symetria • mg~0kalibračná SU(3)c symetria • mW , mZ~100000spontáne narušená kalibračná SU(2)w symetria

  10. časopriestorové symetrie: posunutia v priestore v čase Lorentzove transformácie rotácie boosty (medzi inerciálnymi sústavami) zrkadlenia v priestore v čase neutríno a zákony zachovania hybnosť energia spin hmotnosť parita

  11. zachovanie energie a hybnosti hybnosť a energia β-rozpad jadier 210Bi83  210Po84 + e– J.Chadwick 1914 Radium E = 210Bi83 dáva jednoznačnú hodnotu Ee ? energia sa nezachováva?

  12. 4.dec 1930 koniec srandy drahé rádioaktívne dámy a páni …prišiel som na zúfalý spôsob, ako zachrániť zákon zachovania energie nezachovanie energie  posunutia v čase nie sú symetriou sveta  fyzikálne zákony sa menia s časom …v jadre by mohla existovať neutrálna častica, ktorú budem volať neutrón, so spinom ½ a hmotnosťou rádovo ako elektrón … …spojité beta spektrum sa dá pochopiť za predpokladu, že pri beta rozpade sa okrem elektrónu emituje aj neutróntak, že súčet energií neutrónu a elektrónu je konštantný … W. Pauli Pauliho „neutrón“ = neutríno

  13. spin a hmotnosť teoretická predpoveď pre β-rozpad E.Fermi 1933 μ = hmotnosť neutrína, E0 = maximálna energia elektrónu spin 1/2 W.Pauli 1930 pravotočivé ľavotočivé neutríno neutríno experimentálne dáta: μ = 0 ! obrázky sú zavádzajúce !

  14. parita V–A teória slabých interakcií maximálne nezachovanie parity nezachovanie parity T.D.Lee, C.N.Yang 1957 μ = 0 presne ! nulová hmotnosť  rýchlosť svetla rýchlosť svetla  nedá sa predbehnúť nedá sa predbehnúť  ľavotočivé vždy poznámka: antineutríno vždy pravotočivé pravotočivé ľavotočivé neutríno neutríno ! obrázky sú zavádzajúce !

  15. Pauli tvrdohlavo trval na časopriestorových symetriách a to ho priviedlo k neutrínu Lee a Yang chladnokrvne odvrhli niektoré časopriestorové symetrie a neutrínu to nevadilo pre nulovú hmotnosť neutrína sme tým dokonca získali zaujímavé teoretické porozumenie ale dnes sa máme veľmi silné dôvody myslieť si, že táto hmotnosť nulová nie je to jsou paradoxy

  16. nenulová hmotnosť neutrín γ , νe experimentálne dáta: podstatne menej νe teoretický výpočet: presné množstvo νe problém slnečných neutrín teoretické riešenie: vyžaduje dve veci takzvaný mixing a nenulovú hmotnosť neutrín experimentálne dáta: mixing potvrdený

  17. kvarky a degenerácia spektier degenerácia energií degenerácia hmotností &E = mc2  • W.Heisenberg 1932 • neutrón a protón majú takmer rovnakú hmotnosť • nie je to náhoda, ale prejav symetrie jadrových síl • symetria: jadrové sily sa nemenia pri zámenách pn • symetrii sa hovorí izospinová SU(2) symetria ! symetria neznámej teórie !

  18. kozmické žiarenie SU(2) symetria a pióny • H.Yukawa 1935 • teoretická predpoveď: pióny • experimentálny objav: 1947 π± • 1950 π0 fotoemulzie C.Powel • hmotnosti: π+ a π– rovnaké, π0 skoro také isté • nekazí trojica SU(2) symetriu? • nie • SU(2) pripúšťa 3-násobnú degeneráciu ! symetria neznámej teórie !

  19. SU(2) symetria a podivné častice • 50-te roky • obrovské množstvo nových častíc • väčšina z nich takzvané podivné • všetky sa ukladali do multipletov • (rovnaká hmotnosť aj iné vlastnosti) bublinky D.Glaser ! symetria neznámej teórie !

  20. SU(3) symetria a osmoraká cesta • M.Gell-Mann Y.Neeman 1961 • hadróny sa ukladajú do oktetov • podobné hmotnosti aj iné vlastnosti • mohol by to byť prejav degenerácie? • aká symetria by za tým mohla byť? • odpoveď: SU(3) symetria ! symetria neznámej teórie !

  21. SU(3) symetria a kvarky • M.Gell-Mann G.Zweig 1964 • z čisto matematického hľadiska: • oktety sú skladačky z tripletov • a čo z fyzikálneho hľadiska: • skladajú sa hadróny z niečoho? • áno: • trojica z tripletu sú reálne častice • hovorí sa im kvarky hadróny sú ich viazané stavy (kvarky sú v nich uväznené) ! symetria neznámej teórie !

  22. rodiny a výberové pravidlá ? ? ?

  23. +1 –1 0 Le všetci ostatní Lμ všetci ostatní rozpady, ktoré neexistujú • prečo sa tento rozpad nepozoruje? • že by nespĺňal nejaký zákon zachovania? • riešenie: zachovávajúce sa leptónové čísla • všetky pozorované rozpady to rešpektujú ! symetria neznámej teórie !

  24. rozpady, ktoré takmer neexistujú • N.Cabbibo 1963 • univerzálnosť: slabé interakcie leptónov a hadrónov sú rovnaké • kľúčový trik: takvanýmixing kvarkov (Cabbibov uhol) • konečne aký-taký poriadok v slabých rozpadoch hadrónov • nebolo ale jasné, prečo sú isté rozpady veľmi zriedkavé • S.Glashow,J.Illiopoulos,L.Maiani 1970 • záchrana Cabbibovej teórie • GIM mechanizmus • leptón-hadrónová symetria • nutné 2 dvojice kvarkov: treba c kvark ! symetria neznámej teórie !

  25. rozpady, ktoré existujú(ale mysleli sme, že existovať nemôžu) • J.Cronin, V.Fitch 1964 • nezachovanie CP symetrie • C: zámena častíc a antičastíc • P: zámena pravého a ľavého • obrovské prekvapenie • M.Kobayashi, T.Maskawa 1973 • možnosť teoretického vysvetlenia nezachovanie CP symetrie • mixing troch dvojíc kvarkov (CKM matica): treba t a b kvark

  26. koniec druhej časti

More Related