Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Bevezetés a részecske fizikába. Kölcsönhatások és azok jellemzése KölcsönhatásErősség Erős1 Elektromágnes1 / 137 ≈ 10 -2 Gyenge10 -12 Gravitációs10 -44.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Bevezetés a részecske fizikába. Kölcsönhatások és azok jellemzése KölcsönhatásErősség Erős1 Elektromágnes1 / 137 ≈ 10 -2 Gyenge10 -12 Gravitációs10 -44."— Előadás másolata:

1 Bevezetés a részecske fizikába

2 Kölcsönhatások és azok jellemzése KölcsönhatásErősség Erős1 Elektromágnes1 / 137 ≈ Gyenge Gravitációs10 -44

3 Erős kölcsönhatás Közvetítő részecske: gluonok Hatótávolság: m Nukleonokat (p, n) tartja össze az atommagban A kvantum-színdinamika (QCD) írja le Olyan részecskékre hat, melyek színtöltés hordoznak: kvarok és gluonok Yukava- potenciál: 1 / r  e- μ r / r Források: Barionok

4 Elektromágneses és gravitációs k.h. Források: Töltött részecskék Közvetítő: Fotonok Források: tömeggel rendelkező részecskék Közvetítő: graviton? Hatótávolság: 1 / r, végtelen

5 Gyengekölcsönhatás Közvetítő részecskék: W- és Z-bozonok β - és a szabad n 0 valamint egyes atomokban a p+ és n 0 bomlását okozza. Ez az egyedüli kölcsönhatás, amelyben a neutrínó részt vesz

6 Részecskék jellemzése,osztályozása Fizika tulajdonságok: Tömeg, Spin, Mágneses dipólmomentum, Izospin, Hipertöltés, Bariontöltés, Lepton töltés Osztályozás: Foton, Leptonok, Hadronok (Mezonok, Nukleonok, Hiperonok, Mezon- és barion rezonanciák)

7 Fizikai tulajdonságok Tömeg: kg  eV, E = mc 2, c=1, 1Mev = 1, J Spin: Saját impulzus-momentum ◦ Egész: Bozonok  Szimmetrikus hullámfüggvény ◦ Feles: Fermion  Antiszimmetrikus hullámfüggvény Mágneses dipól-momentum: μ = g μ 0 l / h, μ 0 = eh / 2mc g: giromágneses faktor : g≠0: semleges részecske g ≠±1: töltött részecske

8 Ritkaság: Számos részecske csak gyenge kölcsönhatással tud bomlani, pedig látszólag semmi oka nincs annak, hogy ne tudjon er os kölcsönhatással bomlani. Az ilyen részecskék felfedezésük idejében ritkák voltak, innen ered a kvantumszám neve. A p + + π -  Λ 0 + K 0 Erős k.h. p + + π -  Λ 0 + π 0 Gyenge k.h., Ritka Jele: S példa S Λ = -1; S K =1; S π = S p = 0 Ha a ritkaság megmarad az erős kölcsönhatásban, akkor az első folyamatban megmarad a ritkaság, a másodikban azonban nem, azaz a gyenge kölcsönhatás sérti a ritkaságmegmaradást.

9 Izospin: Az erős kölcsönhatásban részt vevő részecskék (hadronok) érdekes csoportokat alkotnak, melyeknek tagjai igen hasonlítanak egymásra, és az erős kölcsönhatás szempontjából egyformán. viselkednek. Ilyen csoportok a (p; n), ( π +; π 0; π -), ( Σ +; Σ 0; Σ -). Ezek a csoportok a spin kvantumszámhoz hasonlóan jellemezhetők az I izospin kvantumszámmal, és annak 3. irányú komponensével (I3). Egy csoportban 2I + 1 elem található, és az I3 lehetséges értékei 1-el változnak. A (p; n) ennek alapján egy I = 1/2 csoportot alkotnak, I3 = ±1/2 értékkel.

10 Barion töltés: A proton nem bomlik el a tapasztalat szerint semmilyen kölcsönhatással, amiért valamilyen megmaradási tétel felelős. A hozzá tartozó megmaradó mennyiséget barion töltésnek (B) nevezték el, az erős kölcsönhatásban résztvevő anyagi fermionok rendelkeznek pozitív bariontöltéssel, antirészecskéig negatív töltéssel. Lepton töltés: A részecskék egy csoportja (a könnyű fermionok: elektron, müon, tau) minden kölcsönhatásban párosan vesznek részt, ami arra utal, hogy ezek rendelkeznek egy megmaradó kvantumszámmal, ez a leptonszám (L). Az antirészecskék negatív leptonszámmal rendelkeznek. Csak az e- családba tartozó részecskéknek van. Marx György fedezte fel 1952-ben. n  p + + e - + v e B: 1 = L: 0 = – 1 Hiper töltés: Y = B + S = 2 (Q – I 3 )

11 Részecskék osztályozása

12 Foton A kvantált elektromágneses mező gerjesztésének kvantuma. Az elektromágneses jelenségekért felelős elemi részecske M nyug = 0, c = áll. ?, Q = 0, nem bomlik spontán módon Keletkezése: Töltésgyorsítás, Gerjesztés, Részecske – antirészecske találkozás Egy módon "bomlik": anyagban, belső konverzióval, részecske-antirészecske párra. Virtuális foton: Két e - kölcsön hat egymással, virtuális foton cserélődik ki közöttük. m vf ≠ 0. Rövid élettartamú. Minél rövidebb az élettartama, annál nagyobb lehet ez a tömeg. A mai nagy gyorsítókkal a p + tömegének százszorosánál nagyobb tömegű virtuális fotont is sikerült előállítani.

13 Leptonok 1. Olyan elemi részecskék, amelyek nem vesznek részt az erős kölcsönhatásban (kvarkok), és nem is közvetítenek kölcsönhatást Elektron neutrínó: ◦ ν e, m < 2.5 (7.5) eV, Q = 0, Spin: ½, stabil Müon neutrínó: ◦ ν μ, m < 170 KeV, Q = 0, Spin: ½, stabil Tau neutrínó: ◦ ν τ, m < 18 MeV, Q = 0, Spin: ½, stabil

14 Leptonok 2. Elektron: m= 0.51 MeV, Q = -1  1,602 ·10 − 19 C, Spin: ½, Stabil Müon: m = 105 MeV, τ = 2,19 × s, c τ = 658,654 m Spin: ½ Bomlása: μ −  e − + ν e + ν μ (100%) Tau: m = 1776 MeV, τ = 2,9 × 10 − 15 s, c τ = 87,11 μ m Bomlása: τ  μ − + ν μ + ν τ (17,36%) és még sok

15 Hadronok Olyan összetett szubatomi részecskék, amelyeknek összetevői kvarkok és gluonok Az erős kölcsönhatás kötött állapotai A kvarkok kötött állapotai Mezonok: Kvark + antikvark, Egész spinűek Barionok: 3 kvark ◦ Nukleonok: ◦ Hiperonok: Rezonok

16 Mezonok

17 Pion 1. π -mezon, Legkönnyebb mezon, Spin: 0 π + : u + d, m = 139,6 MeV, Q = +1 π - : d + u, m = 139,6 MeV, Q = -1 τ = × 10 − 8 s ; c τ = m Mind az u és u, mind a d és d, együtt semleges, de mivel az előbbi párok azonos kvantumszámokkal rendelkeznek, csak a két pár szuperpozíciójaként található meg. A legalacsonyabb energiájú szuperpozíció a π 0, amely saját antirészecskéje

18 Pion 2. Fő bomlási mód (99,9877%): π +  μ + + ν μ ; π -  μ - + ν μ 2. leggyakoribb bomlás (0,0123%) π +  e + + ν e ; π -  e - + ν e

19 Pion 3. π 0 m = 135 MeV, Élettartam: 8 x s ; c τ = 25.1 nm ◦ π 0  2 γ (98,798%) ; π 0  γ + e + + e - (1,198%) ◦ Kvark összetétele: (uu – dd) / √2 Az élettartamuk azért ennyire eltérő, mert a töltött pionok bomlását a gyenge kölcsönhatás, a semlegesét az elektromágneses kölcsönhatás hozza létre. A π 0 részecske sokkal nehezebben megfigyelhető, mint a π ± ; mivel elektromosan semleges nem hagy nyomot az emulzióban. A π 0 részecskét 1950-ben a bomlástermékei révén találták meg.

20 Kaon 1. K – mezon m = 493,8 MeV, Spin = 0 K + = u + s ; τ = × 10 − 8 s; c τ = m, Q = +1 I = ½, S=1, J =0- Bomlási módok ◦ Hadron: K +  π + + π 0 (20,66%); K +  2 π + + π 0 (5,59%) ◦ Lepton: K +  μ + + ν μ (63,55%); K +  e + + ν e (1,58%) ◦ Lepton és semi lepton fotonnal : K + → μ + + ν μ + γ ◦ Hadron fotonnal: K + → π + + π 0 + γ

21 Kaon 2. K - = u + s τ = × 10 − 8 s; c τ = m, Q = -1 Bomlási módok: Hasonló a K- - hoz ◦ Hadron fotonnal: K ± → π + + e + + e − + γ K 0 = d + s Élettartam: 9 x s ◦ m = 497,614 MeV ◦ Bomlási mód: K 0  π - + π

22 Kaon 3. K – Short: τ = 8,9 x s, c τ = cm ◦ m = 497, 614 MeV ◦ KS = (ds – sd )/ √2 ◦ Bomlások  Hadron 2 π 0 (30,69%); π + + π - (69,2%); π + + π - + π 0  Foton: π + + π - + γ K – Long: τ = 5,116 x s, c τ = m ◦ m = 497, 614 MeV ◦ KL = (ds + sd )/ √2 ◦ Bomlások : K L  π + + π - + π 0

23 D - mezonok D + = cd, D 0 = cu, D 0 = cu, D - = cd D± : m = 1869 MeV τ = 1,040 × 10 − 15 s ; c τ = μ m D0: m = 1864 MeV τ = × 10 − 15 s ; c τ = μ m D+ bomlások: ◦ Lepton: e + + ν e, μ + + ν μ ; τ + + ν τ ◦ Hadron: K S 0 + π + (1,5%); K L 0 + π + (1,5%) ◦ Pion: π + + π - ; 2 π + + π -

24 J/ ψ (1S) m = MeV cc Full width Γ = 92.9 ± 2.8 keV Bomlása: hadronokra (87.7%) virtuális γ (13,5%), ggg (64.1%), γ g g (8,8%) hadron rezonanciákra (1,69%) ρπ, …

25 η (Éta) m = MeV Bomlása: Természetes: (71,9%) η  2 γ (39,91%), 3 π 0 (32,57%) Töltött: (28,1%) η  π + + π − + π 0 (22,74%), π + π − γ (4,6%) m = Élettartam 125 s Bomlása: ρ  π + π (100%) ρ (700) részecske

26 ω (782) omega mezon m = 782 MeV Élettartam: 11,4s Bomlása: ω  π + + π − + π 0 (89,2%), π 0 + γ (8.28%), π + + π − (1,53%)

27 Barionok

28 Proton m = 938 MeV, Stabil, Q = +1 (1,602 x C) Spin: ½ (fermion), p = uud I = ½ P+ = uud, ezen kívül gluonok és tovább rövid élettartamú kvarok. Tömege jóval nagyobb, mint a vegyértékkvarkok össztömege. Bomlások?: ◦ Antilepton és mezon: p  e + + π ; e + + η ; μ + + η ◦ Lepton és mezon: p → e − + 2 π + ◦ Antilepton és foton: e + + γ ◦ 3 lepton: e + + e + + e -

29 Neutron m = 939 MeV, Spin = ½, I = ½ (fermion), Q=0 n 0 = udd Élettartam atommagon kívül: 886s (15 perc) n 0  p + + e - + ν e + 0,78 MeV τ = ± 0.8 s, c τ = × 10 8 km Bomlását a gyenge kölcsönhatás okozza

30 Delta barionok m = 1232 MeV, τ = 6 x s, S=0, I = 3/2 Δ ++ = uuu, Bomlása: π + + p Δ + = uud, Bomlása: π + + n vagy π 0 + p Δ 0 = udd, Bomlása: π 0 + n vagy π - + p Δ − = ddd, Bomlása: π - + n

31 Λ barion m = 1115 MeV, S = -1, I =0 τ = x s, c τ = 7.89 cm uds Bomlásai: ◦ p + π - (63,9%) ◦ n + π 0 (35.8%) ◦ n + γ ; p + π - + γ ; p + e − + ν e (<0.001%)

32 Σ barionok 1. S = -1, I = 1 Σ + : m = 1189 MeV τ = × 10 − 10 s, c τ = cm uus Σ 0 : m = 1192 MeV τ = 7.4 × 10 − 20 s, c τ = 2.22 × 10 − 11 m uds Σ − : m = 1197 MeV τ = × 10 − 10 s, c τ = cm dds

33 Σ barionok 2. Bomlások: Σ +  p + π 0 (51.57%), n + π + (48,31%) p + γ, n + π +, Λ + e + + ν e (<0.001%) Σ 0  Λ 0 + γ (100%) Σ −  n + π − (99.8%), n + π − + γ (<0.001%)

34 Ξ (Xi) barionok S = − 2, I = ½ Ξ 0 : m = 1314 MeV, τ = 2.90 × 10 − 10 s, c τ = 8.71 cm Ξ 0 =uss Bomlása: Ξ 0  Λ 0 + π 0 (99,5%), Λγ (0.001%) Ξ - : Ξ - =dss m = 1321MeV, τ = × 10 − 10 s, c τ = 4.91 cm Bomlása: Ξ -  Λ 0 + π 0 (99,887 %), Σ − γ (0.0001%)

35 Ω barion S = -3, I = 0 sss m = MeV ; τ = 8,21 × 10 − 11 s c τ = cm Bomlása: Ω  Λ 0 + K − (67.8%), Ξ 0 + π − (23,6%) Ξ − + π 0 (8,6%) Ξ − + π + + π − (<0.001%)

36 Barion-oktett

37 Mezon -nonett

38 VÉGE


Letölteni ppt "Bevezetés a részecske fizikába. Kölcsönhatások és azok jellemzése KölcsönhatásErősség Erős1 Elektromágnes1 / 137 ≈ 10 -2 Gyenge10 -12 Gravitációs10 -44."

Hasonló előadás


Google Hirdetések