1 / 20

Elementarne składniki materii

Elementarne składniki materii. Henryk Pałka, IFJ PAN. Fizycy cząstek. chcą wiedziec:. Czym są elementarne składniki materii ?. Jakie siły rządzą oddziaływaniami cząstek ?. Czy istnieje jednolita teoria (ToE) obejmująca wszystkie oddziaływania ?. Fizyk redukcjonista. 17 ?.

pearl
Download Presentation

Elementarne składniki materii

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. Elementarne składniki materii Henryk Pałka, IFJ PAN

  2. Fizycy cząstek chcą wiedziec: Czym są elementarne składniki materii? Jakie siły rządzą oddziaływaniami cząstek? Czy istnieje jednolita teoria (ToE) obejmująca wszystkie oddziaływania? Fizyk redukcjonista

  3. 17 ? Thomson(elektron) Rutherford(atom) Dalton (pierwiastki) Arystoteles Skończona liczba cząstek elementarnych? Cząstki = (elementarne) składniki materii Historia składników materii Skala logarytmiczna

  4. Fizyka cząstek = Fizyka wysokich energii • Wysokie energie (pędy) cząstek konieczne aby : Eksp. rozproszeniowy • obserwować głeboko ukryte struktury • (małe rozmiary): • λ = h/p (de Broglie), • Dx Dp ≤ ħ (Heisenberg) •  mikroskop o b. krótkiej fali Eksp. formacji (anihilacja cz.-anty-cz.) • wytworzyć (z energii) nowe cząstki: • E = mc2 (Einstein) • Przyśpieszanie cząstek do wielkich energii i ich zderzanie (pocisk-tarcza, pocisk-pocisk)

  5. Energia:1 elektronowolt = 1eV1 Kilo-elektronowolt = 1 KeV = 1000 eV1 Mega-elektronowolt = 1 MeV = 1000000 eV1 Giga-elektronowolt = 1 GeV = 1000000000 eV • 1 Tera-elektronowolt = 1 TeV = 1 000 000000000 eV Rozmiary i energie w mikro-świecie • 1 fm = 1 femtometr („Fermi“) = 10-15 m(1 µm = 1000000000 fm) Energia 1 GeV, duża w mikro-świecie, jest śmiesznie mała makroskopowo: np. rozświetli latarkę (1.6 W) tylko przez: 0,0000000001 sekundy

  6. Źrodło światła Obiekt >0,15µm Mikroskop: przyśpieszacz (akcelerator) cząstek widzieć = zarejestrować obraz rozproszenia Pocisk  tarcza  detektor Rozdzielczość: [ λ = h/p, Dx Dp ≤ ħ ] ‘precyzja’ << rozmiar struktury rozmiar pocisku << struktury precyzja = 200 fm / 1 MeV energii pocisku : 0,2 fm przy E = 1 GeV = 1000 MeV0,2 µm przy E = 1 eV

  7. 1 fm Proton i neutron mają strukturę wewnętrzną !!! Odkrycie (SLAC ~1970): rozpraszając e- na protonach i neutronach • << 1 fm  Energie >> 0,2 GeV Podejrzenie że p i n nie są elementarne trochę wcześniej (model kwarków, ~1960 )

  8. Zasada działania: Jak działa akcelerator ? • Lampa kineskopowa: • Akcelerator liniowy: Fermilab ILC (planowany)

  9. Kompleks akceleratorów w CERN

  10. nie fundamentalne (podzielne) fundamentalne (niepodzielne) Kryształ Atom Jądro atomu Molekuła Proton Kwark Cegiełki materii Fundamentalne* cegiełki tworzące materię: (*)nie mają struktury wew. = są ‘punktowe’: d < 0.001 fm) - elektron e- , kwark u (up – górny), kwark d (down –dolny) , związane w atomach i jądrach - neutrino ν a co to takiego?

  11. Neutrino: ‘cząstka-duch’ Rozpad b: n  p + e- (1914 Chadwick) Prawo zachowania energii i pędu - przy spoczywającym neutronie : E(e-) = const  sprzeczne z obserwacją: Pauli (1930): w rozpadzie musi uczestniczyć niewidzialna cząstka (ν), partner e- • ν : bardzo lekka (m=0 ???) • 999 999 999 ν/1 000 000 000 przebija kulę ziemską bez oddziaływań • dużo neutrin we Wszechświecie: ~400 000 000/m3 • (n.b. protonów jest tylko 0.2/m3 )

  12. n n n n n n n n n p p p p p p p p p p p q q Oddziaływania cząstek Siły wzajemnego oddziaływania cząstek na siebie, wywołujace produkcję cząstek i ich rozpady Obecnie znamy 4 oddz. fundamentalne: Grawitacyjne (masy) Słabe (rozpad β) Silne (jądrowe) Elektromagnet. (ładunki elektr.) Skąd się te siły biorą ?

  13. elektron 2 elektron 1 czas t2 Foton (wirtualny) t1 przestrzeń Siły wymiany • ‘Partnerzy’ oddziaływania • muszą mieć ‘ładunek’ electron 1 • siła oddziaływania jest • skutkiem wymiany • ‘cząstki pośredniczącej’ To jest tzw. diagram Feynmana

  14. Elektromagnet. Silne Słabe 3 kolory: r,b,g +3 anty-kolory I1 , I2, I3 ‘Ładunek’ +1,-1 cz. pośredn. jej ładunek, masa γ 0 0 8 gluonów ( g ) kolor,anty-kol. 0 W+, Z0, W- +1, 0, -1 70-90 GeV Q(u)= r,b,g Q(d)= r,b,g Q(ν) i Q(e-) nie istnieją Q(u)= 2/3 Q(d)=-1/3 Q(ν)=0 Q(e-)=-1 I3(u)= +1/2 I3(d)= -1/2 I3(ν)= +1/2 I3(e-)=-1/2 ładunki cz. element. ∞ ~1 fm ~0.0025 fm zasięg sił świecenie Słońca, radioaktywnośc widoczne makroskopowo niewidoczne w skali makro skutki

  15. Pełny zestaw znanych obecnie cząstek elementarnych

  16. Model Standardowy Grawitacja - duch w operze u c g t gluon góra powab prawda g s Kwarki d b dół piękno dziwny foton n ne n Nośniki sił W t m m-neutrino t-neutrino e-neutrino e t W boson m Leptony Z mion tau elektron Z boson I II III Rodziny cząstek materii Cząstki materii i pól sił Bozon Higgsa?

  17. Nurtujące pytania: Dlaczego 3 rodziny?skąd ta rozpiętość mass? Mass t u d c e s b Mt=175 GeV ! – cięższy niż atom srebra!! Mamy nadzieję że LHC dostarczy odpowiedzi na te 2 pytania

  18. Nasze marzenie: jednolita teoria (unifikacja) Obecna granica obserwowalności

  19. Supersymmetric Partner ~ ~ ~ ~ ~ g g u c t H u c t H ~ ~ ~ ~ ~ g g d s b H d s b H ~ ne nm nt W W ~ Z e m t Z ~ ~ nt ~ t nm ~ Spin 0 Spin 1/2 Spin 1 ~ m Spin 0 Spin 1/2 ~ Spin 1/2 ne e Supersymetria? CMS

  20. Związek fizyki cząstek z kosmologią Wczesny Wszechświat: temperatura 1015K  energia czastek ~100 GeV Akcelerator: energia cząstek ~100 GeV Niekontrolowane zderzenia cząstek kontrolowane zderzenia cząstek

More Related