1 / 59

Ewolucja Wszechświata

Ewolucja Wszechświata. Wykład 4. cząstki elementarne i oddziaływania. atom. jądro. nukleon. 10 -15 m. 10 -10 m. 10 -14 m. kwark. elektron. co jest elementarne?. brak struktury!. elementarność. 1897 – elektron ( J.J.Thomson ) 1905 – foton ( A.Einstein )

mariel
Download Presentation

Ewolucja Wszechświata

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. Ewolucja Wszechświata Wykład 4

  2. cząstki elementarnei oddziaływania

  3. atom jądro nukleon 10-15 m 10-10 m 10-14 m kwark elektron co jest elementarne? brak struktury!

  4. elementarność... 1897 – elektron (J.J.Thomson) 1905 – foton (A.Einstein) 1911 – jądro (E.Rutherford) 1919 – proton (E.Rutherford) 1928 – pozyton (P.A.M.Dirac) 1931 – neutrino (W.Pauli) 1932 – neutron (J.Chadwick)

  5. elektron Thomson (1895) – promienie katodowe elektroliza emisja elektronów czas życia: stabilnymasa: m = 0.511 MeVładunek: z = -1 barionowy: B = 0leptonowy: L = 1spin: J = ½ moment magnetyczny: P.A.M.Dirac

  6. struktura? proton Rutherford (1919) – emisja po reakcji  + N czas życia: stabilnymasa: m = 938.27 MeVładunek: z = 1barionowy: B = 1leptonowy: L = 0spin: J = ½ moment magnetyczny:

  7. foton A.Einstein (1905) – efekt fotoelektryczny czas życia: stabilnymasa: m = 0ładunek: z = 0barionowy: B = 0leptonowy: L = 0spin: J = 1 energia, pęd:

  8. neutron Chadwick (1930) czas życia:  = 14.8 min, n  p + e + emasa: m = 939.57 MeVładunek: z = 0barionowy: B = 1leptonowy: L = 0spin: J = ½ moment magnetyczny:

  9. spin • moment magnetyczny • oraz energia: cząstka (elektron) mc2 0 -mc2 dziura (pozyton) pozyton P.A.M.Dirac (1928) – relatywistyczne równanie falowe Carl Anderson (1932) – odkrycie w komorze mgłowej z polem B

  10. pozyton foton elektron kreacja pary hmin = 2mec2  1.02 MeV

  11. lawiny fotonowo-elektronowe

  12. foton elektron  pozyton foton anihilacja • hamowanie • pozytonium • anihilacja • 2 fotony E 0.5 MeV

  13. neutrino Pauli (1931) – przewidział istnienie na podstawie analizy rozpadu  czas życia: stabilnymasa: m = 0 ? (< 3·10 –6 MeV) ładunek: z = 0 barionowy: B = 0leptonowy: L = 1spin: J = ½ moment magnetyczny:  = 0 Reines, Cowan (1957) – odkryli neutrino

  14. więcej cząstek... 1938 – miony (C.Anderson i S.Neddermeyer – promieniowanie kosmiczne) • m 200 me = (105 MeV) •  oraz + (antycząstka) • są nietrwałe – czas życia:   2.5 10-6 s rozpady mionów: 1947, fotoemulsja:   e + +e +  e+ + e + 1962 – dwa rodzaje neutrin: elektronowe i mionowe:(e, e), (,  )... a potem jeszcze taonowe (,  )

  15. (energia zderzenia w środku masy = 4 GeV) e+ + e  + +     +  + +  e+ + e + odkrycie taonu SPEAR

  16. +  +  e+ e więcej cząstek... Powell (1947) – promienie kosmiczne + emulsja jądrowa Mezony  (piony) m 150 MeV +  + +  +  e+ + e + (e+ + e   + ) Istnieje  oraz + (antycząstka)

  17. 0 w komorze pęcherzykowej  + Xe  0 + ...0   +  T = 3.5 GeV

  18. Ko π+ π- pierwsza fotografia cząstki Vo wtórne kosmiczne,h = 0 komora mgłowaB =0.35 T, (ManchesterUniv.) G.D.Rochester i C.C.Butler; Nature, 160, 855, (1947) Mezon K0 – cząstka dziwna mV = 500600 MeV  = 10-1110-9s

  19. o p π- wśród produktów rozpadu też: protony p+ 180 MeV – proton p- 190 MeV – pion mV 1130 MeV Hiperon 0 – cząstka dziwna

  20.  p K+ e e+ e+  o e  o Ko o   p K hiperon omega K + p   + K+ + Kop0 = 5 GeV/c  o +  o  o + o o  p +  o  2  2 ( e + e+ ) N.Samios, BNL (1964) komora Glasera H2, 80’ Dziwność  = -3

  21. Model Standardowy Do chwili obecnej odkryto około dwieście cząstek (z których większość nie jest cząstkami elementarnymi). • Model Standardowy– teoria opisująca wszystkie cząstki i oddziaływania między nimi za pomocą: • 6 kwarków • 6 leptonów • cząstek przenoszących oddziaływania Każdej cząstce odpowiada antycząstka

  22. kwarki (spin = ½) i leptony (spin = ½) PPb 2002 Cząstki z różnych rodzin różnią się zapachem.

  23. Hadrony Z kwarków zbudowane są hadrony: • z trzech kwarków – bariony • z kwarku i antykwarku - mezony

  24. Bariony Większość masy hadronu to energia wiązania kwarków.

  25. Kupujemy 1 kg jabłek... (masa protonu  1 GeV) ... a w domu z torby wysypujemy 3 maleńkie jabłuszka – tylko 12 g! (masa kwarków  0,012 GeV) Masa hadronu

  26. Mezony

  27. Leptony Leptony = (e, e), (,  ), (,  ) + antycząstki są fermionami oddziałujacymi słabo, Liczba leptonowa: Cząstki należące do różnych rodzin różnią się zapachem.

  28. Rozpady leptonów Elektron i 3 rodzaje neutrin – trwałe Mion i taon - nietrwałe Liczby elektronowe, mionowe i taonowe są zawsze zachowane, gdy ciężki lepton rozpada się na mniejsze leptony. Czy te rozpady są możliwe? Liczba mionowa niezachowana Energia niezachowana

  29. czas Oddziaływania Wirtualne cząstki przenoszące oddziaływanie Zasada nieoznaczoności: 1 cząstka wysyła i pochłania cząstki wirtualne 1 cząstka wysyła, a 2 cząstka pochłania cząstki wirtualne

  30. Odziaływanie elektromagnetyczne • Działa na ładunki elektryczne • Odpowiedzialne za wiązania chemiczne • Nośnik – foton () • Zasięg – nieskończony

  31. Odziaływanie silne • Działa na ładunki kolorowe • Odpowiedzialne za wiązanie kwarków w barionach • Nośniki – gluony • Zasięg – 10-15 m (odległość typowa dla kwarków w nukleonie)

  32. Odziaływanie silne B G R G R B Kwarki mają ładunek kolorowy Istnieją tylko cząstki o całkowitym ładunku kolorowym równym zeru. Uwięzienie kwarków (kolorów)

  33. Oddziaływanie między elektronami maleje wraz z odległością Oddziaływanie między kwarkami rośnie wraz z odległością

  34. Uwięzienie kwarków • Oddziaływanie między kwarkami rośnie wraz z odległością. • Próba rozdzielenia kwarków prowadzi do wytworzenia nowej pary kwark-antykwark (jest to proces korzystniejszy energetycznie). mezon D- mezon D+ mezon c Zamiana energii na masę

  35. q g q Oddziaływanie kolorowe Gluony muszą mieć ładunek kolorowy oraz ładunek antykolorowy, gdyż zmieniają one zawsze dany kolor w antykolor. Ładunek kolorowy jest zawsze zachowany. 8 gluonów - 8 stanów kolorów – superoktet (SU3)

  36. Oddziaływanie słabe • Odpowiedzialne za rozpad ciężkich kwarków i leptonów na lżejsze kwarki i leptony (zmiana zapachu). • Cząstki przenoszące oddziaływanie słabe to bozony: W+, W- i Z0. Masy W+, W- i Z0 duże (~80 GeV)  Zasięg mały Oddziaływanie słabe i elektromagnetyczne opisuje jednolita teoria oddziaływań elektrosłabych.

  37. Oddziaływania elektrosłabe Małe odległości (10-18 m)  wielkie energie  Oddziaływania słabe i elektromagnetyczne porównywalne. Większe odległości (3•10-17 m)  Oddziaływanie słabe jest 10-4 razy mniejsze niż elektromagnetyczne

  38.  e e  e  W e  Słaby rozpad W rozpadzie pośredniczy bozon W-

  39. Oddziaływanie grawitacyjne • Działa na każde ciało • Odpowiedzialne za istnienie planet, gwiazd, galaktyk... • Nośnik (hipotetyczny) – grawiton? • Zasięg – nieskończony Brak teorii, która wiąże oddziaływanie grawitacyjne z innymi rodzajami oddziaływań – jeden z głównych nierozwiązanych problemów kosmologii.

  40. Oddziaływania Literatura: • http://chall.ifj.edu.pl/przygodazczastkami/frameless/index.html • http://www.wiw.pl/fizyka/boskaczastka/ • L. Lederman „Boska cząstka”

  41. Jak wytworzyć plazmę kwarkowo-gluonową? • Zwiększyć: • ciśnienie temperaturę Takie warunki panowały we Wszechświecie tuż po Wielkim Wybuchu

  42. Plazma kwarkowo-gluonowa Wczesny Wszechświat Temperatura, K Tc=31012 K Gwiazdyneutronowe 1 10 Względna gęstość materii jądrowej

  43. Zderzenia jąder o wielkich energiach – wytwarza się stan materii o wysokiej temperaturze i ciśnieniu. czas Emisja cząstek Gaz hadronowy Faza mieszana Plazma kwarkowo-gluonowa Stanprzedrównowagowy przestrzeń

  44. Brookhaven National Laboratory, Long Island (USA) Eksperyment rozpoczęty w 2000 roku RHIC - Relativistic Heavy IonCollider (Relatywistyczny Zderzacz Ciężkich Jonów)

  45. Akcelerator w tunelu 4 m pod ziemią przyspiesza przeciwbieżne wiązki jąder atomowych do prędkości 99,95 prędkości światła. Wiązka odchylana jest w polu magnetycznym wytwarzanym przez nadprzewodzące magnesy umieszczone w ciekłym helu o temperaturze 4,5 K.

  46. RHIC • Energia zderzenia Ecms = 200 GeV • Tysiące zderzeń na sekundę • Podczas zderzenia wytwarza się temperatura 10 000 razy wyższa niż na Słońcu W eksperymentach bierze udział ponad 1000 fizyków z całego świata Grupa naukowców i studentów z Wydziału Fizyki P.W. uczestniczy w eksperymencie STAR

  47. Rejestracja cząstek Cztery eksperymenty na zderzaczu RHIC

  48. Rejestracja cząstek

  49. Ekperyment STAR E = mc2 Zamiana energii w masę

More Related