Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ 2010 ΦΥΣΙΚΗ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΙΙ ΣΑΤΚΑΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ 2010 ΦΥΣΙΚΗ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΙΙ ΣΑΤΚΑΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ 2010 ΦΥΣΙΚΗ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΙΙ ΣΑΤΚΑΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ  Πυρηνικές Δυνάμεις Δυναμικό Yukawa  Ανακάλυψη παράδοξων σωματιδίων Ταξινόμηση σε ομάδες- θεωρητική πρόβλεψη quarks  Αντιστοιχία με κβαντικούς αριθμούς  Βαρυόνια- Μεσόνια  Οικογένειες quarks  Θεωρητική πρόβλεψη χρώματος  Πειραματική πρόβλεψη partons, colors  Εισαγωγή στην QFT- Θεώρημα Noether  Θεωρία Διαταραχών  Ομάδα συμμετρίας χρώματος Εγκλωβισμός χρώματος  Δυναμικό QCD  Ασυμπτωτική ελευθερία  Εγκλωβισμός των quarks  Lattice QCD  Νέες δέσμιες καταστάσεις

3 General properties of nuclear forces  Ανεξάρτητες ηλεκτρικού φορτίου  Συμμετρικές ως προς το isospin Συμμετρία πρωτονίου-νετρονίου  Αναλλοίωτες κάτω από μετασχηματισμούς Γαλιλαίου, στροφών, χρονική αντιστροφή, χρονική ανάκλαση  Εμβέλεια της τάξης μερικών fm Κορεσμός δυνάμεων

4 Yukawa-exchange theory  Αλληλεπίδραση νουκλεονίων μέσω ανταλλαγής μεσονίων  Εκπομπή-Απορρόφηση  Μεσόνιο ανταλλαγής ΠΙΟΝΙΟ  π +, π -, π 0  Μάζα 140 MeV Πεπερασμένη εμβέλεια

5 Proton-neutron interaction

6 Yukawa Potential Περιοχή απωστικού δυναμικού Απαγορευτική αρχή του Pauli

7 Nuclear forces Van der Waals of strong interactions  Ουδέτερα μόρια σε μικρές αποστάσεις ‘’φαίνεται’’ η κατανομή φορτίου των ατόμων  Νουκλεόνια σε αποστάσεις μερικών fm ‘’ουδέτερα’’  Σε αποστάσεις 1 fm εμφανίζεται η κατανομή του ισχυρού φορτίου Αλληλεπίδραση ισχυρού φορτίου

8 Ανακάλυψη νέων σωματιδίων  Δεκαετία 1950 κοσμική ακτινοβολία  Περίεργες ιδιότητες σωματιδίων  Παραγωγή ανά ζεύγη σε αδρονικές συγκρούσεις Ισχυρή αλληλεπίδραση  Σχετικά μεγάλοι χρόνοι ημιζωής Ασθενής αλληλεπίδραση  Εισαγωγή νέου κβαντικού αριθμού της παραδοξότητας (strange)  Διατήρησή της στις ισχυρές αλληλεπιδράσεις  Ταξινόμηση σωματιδίων το 1961 από Gell-Mann σε ομάδες  Ομαδοποίηση σε πολλαπλότητες isospin, παραδοξότητας  Βαρυονική δεκάδα, βαρυονική-μεσονική οκτάδα  Ελαφρύτερα σωμάτια με

9 Baryon decuplet Meson octet

10 Baryon decuplet  Στον οριζόντιο άξονα πολλαπλότητες isospin, παραδοξότητας  Σωματίδια που ανήκουν στην ίδια πολλαπλότητα έχουν περίπου ίδιες μάζες Η διαφορά τους οφείλεται στην διαφορετική αλληλεπίδραση με το ΗΜ πεδίο, αφού έχουν διαφορετικά φορτία  Οριζόντια μεταβολή isospin  Κατακόρυφη μείωση παραδοξότητας  Σταθερή διαφορά μάζας περίπου 150 MeV ανάμεσα στις πολλαπλότητες  Θεωρητική εξήγηση 1964: Zweig & Murray Gell-Mann Εισαγωγή 3 στοιχειωδών σωματιδίων Up, down & strange quarks Είναι φερμιόνια και έχουν κλασματικά φορτία Διαφορά μάζας: Φορτίο:

11 Experimental evidence of partons  1969 SLAC electron- nucleon deep inelastic scattering  Rutherford 1909  1. Σκέδαση e σε μη αμελητέες γωνίες  Ύπαρξη παρτονίων Φερμιόνια Κλασματικό φορτίο  2. Έλλειμμα ορμής Ύπαρξη και άλλων σωματιδίων που κουβαλούν το άλλο μισό της συνολικής ορμής της τελικής κατάστασης του νουκλεονίου GLUONS  Γιατί λεπτόνια?

12 Flavors  Κάθε quark αντιστοιχεί σε έναν κβαντικό αριθμό  3 οικογένειες quarks  Κάθε οικογένεια αποτελείται από ένα quark με Q=2/3e και ένα με Q=-1/3e

13 Properties of Flavors Ασθενείς αλληλεπιδράσεις Cabbibo-Kobayashi-Maskawa matrix beta decay transformation u, d

14 Baryons & Mesons feel strong interactions Παρατηρήσεις Δέσμιες καταστάσεις μόνο

15 Baryons constituted of charm quarks

16 Leptons-Quarks symmetry Families  Ανακάλυψη 1995 top quark  Συμπλήρωση συμμετρίας λεπτονίων-quarks  3 οικογένειες σωματιδίων  Λεπτόνια δεν αισθάνονται τις ισχυρές αλληλεπιδράσεις, μόνο τα quarks  Ασθενείς αλληλεπιδράσεις αλλάζουν τις γεύσεις στα quarks και στα λεπτόνια  Ισχυρές αλληλεπιδράσεις ?  Γιατί 3 οικογένειες σωματιδίων?

17 Δ ++ Paradox Color Introduction  Είναι το ελαφρύτερο σωμάτιο με J p =3/2 + τα quarks βρίσκονται στην βασική κατάσταση  Έχουν ομόρροπα spin  Έχει φορτίο +2e αποτελείται από 3 up  3 ταυτοτικά σωματίδια στην ίδια κβαντική κατάσταση  WHAT ABOUT PAULI’S EXCLUSION PRINCIPLE?  1964: Greenberg Υπάρχει νέος βαθμός ελευθερίας  Μπορεί να πάρει 3 διαφορετικές τιμές i,j,k  Red, Green, Blue

18 Experimental evidence of color existence Part 1  Διάσπαση ουδετέρου πιονίου αριθμός χρωμάτων decay rate σταθερά διάσπασης πιονίου  Σύγκριση με πειράματα N c =3

19 Experimental evidence of color existence Part 2  Electron-positron annihilation  Παραγωγή αδρονίων (βαρυονίων & μεσονίων) και λεπτονίων  Παραγωγή quarks από κατώφλι ενέργειας

20 Quantum Field Theory (QFT) Noether theorem  Στην QFT κάθε νόμος διατήρησης σχετίζεται με μια συμμετρία στην Λαγκραντζιανή  Η αναλλοιώτητα της Lagrangian κάτω από μετασχηματισμούς συμμετρίας και η διατήρηση των αντίστοιχων μεγεθών περιγράφεται από το θεώρημα Noether  Classical Mechanics Lagrangian invariant under rotations Διατήρηση γωνιακής στροφορμής  Η Lagrangian γενικά αποτελείται από έναν κινηματικό όρο και έναν δυναμικό  Exact solutions impossible Perturbation theory 

21 Coupling constant Perturbative Theories  QED:  QED Perturbative theory  QCD running coupling constant  Περιοχές που μπορούμε να εφαρμόσουμε θεωρία διαταραχών και περιοχές που δεν μπορούμε  Αριθμητικές λύσεις

22 Quantum Chromodynamics (QCD) Color Group SU(3)  Η θεωρία που περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις του χρώματος  Διαδότες της ισχυρής αλληλεπίδρασης γκλουόνια  Ομάδα συμμετρίας χρώματος SU(3)  Special & Unitary  U: unitary NxN matrix  SU(N) γεννήτορες 8 είδη γκλουονίων  Non Abelian gauge theory  Επιπλέον όροι στη Lagrangian επιπλέον όροι αλληλεπίδρασης

23 Color Phenomenology Gluons Part 1  Gluons άμαζα, ηλεκτρικά ουδέτερα, έχουν ισχυρό φορτίο -χρώμα Άρα μπορούν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους- διαφορά από QED Οι αναλυτικοί υπολογισμοί γίνονται δύσκολοι 4 gluon vertex  Αλλάζουν το χρώμα των quarks είτε το αντιχρώμα των antiquarks Antiblue, antigreen, antired  Αποτελούνται από συνδυασμό χρώματος-αντιχρώματος

24 Color Phenomenology Color Confinement (εγκλωβισμός)  Όλα τα δέσμια συστήματα (βαρυόνια ή μεσόνια) είναι ουδέτερα ως προς το ισχυρό φορτίο Είναι νόμος;  Συμμετρία χρώματος κάθε χρώμα έχει την ίδια πιθανότητα να βρίσκεται στο αδρόνιο  Άχρωμα σωμάτια- color singlets Βαρυόνια 3 γεύσεις άρα red, blue, green Μεσόνια χρώμα-αντιχρώμα εξουδετέρωση  Ισχυρή αλληλεπίδραση εξαρτάται από το χρώμα;

25 Vacuum Polarization  QED: θάλασσα από virtual photons, e - e +  Free electron Cloud of positrons- screening  Electric charge is reduced  Physical electron more charge than naked electron  QCD: sea of quarks-antiquarks & gluons  Free quark Cloud of antiquarks & gluons- antiscreening  Gluons carry color so physical quark more charge than naked  Constant increase of color to infinity  So…  Only color singlets bound states

26 Color Phenomenology Gluons Part2  Τρία χρώματα, αντιχρώματα  Συνολικά 3x3=9 δυνατοί συνδυασμοί γκλουονίων  Όμως έχουμε μόνο 8  6 γκλουόνια αλλάζουν το χρώμα  2 δεν το αλλάζουν  Ένας συνδυασμός δεν έχει χρώμα, άρα δεν μπορεί να διαδίδεται

27 QCD Potential  Δυναμικό QCD   a s σταθερά σύζευξης k=1GeV/fm  Σε μεγάλες ενέργειες- μικρές αποστάσεις επικρατεί ο 1 ος όρος  Σε μικρές ενέργειες- μεγάλες αποστάσεις επικρατεί ο γραμμικός όρος  ΤΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΑΥΞΑΝΕΤΑΙ ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΜΕ ΤΗΝ ΑΠΟΣΤΑΣΗ  Asymptotic Freedom  Confinement

28 Asymptotic freedom  Λογαριθμική μείωση σταθεράς σύζευξης  Στις μικρές αποστάσεις τα quarks συμπεριφέρονται ως ελεύθερα σωματίδια  Μη Αβελιανή φύση της Lagrangian  Σε αυτές τις αποστάσεις μπορούμε να εφαρμόσουμε θεωρία διαταραχών

29 Confinement Part 1  Σε μεγάλες αποστάσεις αυξάνει το δυναμικό και η σταθερά σύζευξης  Non perturbative region  Τα quarks είναι δέσμια  Όσο μεγαλύτερη είναι η απομάκρυνση τόσο δυσκολότερο είναι να αποχωριστεί το quark από το σωμάτιο

30 Confinement Part 2 String Model

31 Lattice QCD  Αριθμητική μέθοδος  Διακριτός χώρος  Δικτυωτό πλέγμα στον 4διάστατο χωρόχρονο  Τα quarks βρίσκονται στις κορυφές του πλέγματος  Τα γκλουόνια αποτελούν τις πλευρές του πλέγματος  Μη διαταρακτική θεωρία  Μείωση της πλεγματικής σταθεράς μεγαλύτερη ακρίβεια  Μεγάλη υπολογιστική ισχύς  Μέχρι στιγμής υπολογισμοί στην διαταρακτική περιοχή

32 Exotic bound states

33 Ανασκόπηση  Πυρηνικές Van der Waals ισχυρών  6 γεύσεις, 3 χρώματα & 8 γκλουόνια  Δομή βαρυονίων-μεσονίων  Διαφορά ασθενών-ισχυρών  Μακροσκοπικά άχρωμες καταστάσεις  Ανταλλαγή χρώματος  Ασυμπτωτική ελευθερία  Εγκλωβισμός

34 Βιβλιογραφία  Donald H. Perkins, Εισαγωγή στη ΦΥΕ  Harald Fritzsch, Quarks  T. Muta, Foundations of quantum chromodynamics  Povh, Rith, Scholz, Zetche, “PARTICLES AND NUKLEI, an introduction to the Physical Concepts”,  Ulrich Mosel, “FIELDS, SYMMETRIES AND QUARKS”, McGraw-Hill Book company GmbH  Michael E. Peskin, Daniel V. Schroeder, “An introduction to Quantum Field Theory  Γ. Λαλαζήσης, Θέματα Πυρηνικής Θεωρίας  N.J. Evans, “An introduction to QED and QCD”, University of Southampton  Και φυσικά πολύ internet


Κατέβασμα ppt "ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ 2010 ΦΥΣΙΚΗ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΙΙ ΣΑΤΚΑΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google