1 / 38

Bevezetés a részecske fizikába

Bevezetés a részecske fizikába. Kölcsönhatások és azok jellemzése. Erős kölcsönhatás. Közvetítő részecske: gluonok Hatótávolság: 10 -15 m Nukleonokat (p, n) tartja össze az atommagban A kvantum-színdinamika (QCD) írja le

george-alford
Download Presentation

Bevezetés a részecske fizikába

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. Bevezetés a részecske fizikába

  2. Kölcsönhatások és azok jellemzése

  3. Erős kölcsönhatás • Közvetítő részecske: gluonok • Hatótávolság: 10-15 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-μr / 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 n0 valamint egyes atomokban a p+ és n0 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 = mc2 , c=1, 1Mev = 1,6 10-13 J • Spin: Saját impulzus-momentum • Egész: Bozonok  Szimmetrikus hullámfüggvény • Feles: Fermion Antiszimmetrikus hullámfüggvény • Mágneses dipól-momentum: μ = g μ0l / h , μ0 = 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 eros kölcsönhatással bomlani. Az ilyen részecskék felfedezésük idejében ritkák voltak, innen ered a kvantumszám neve. Ap+ + π- Λ0 + K0 Erős k.h. p+ + π- Λ0 + π 0 Gyenge k.h., RitkaJele: S példa SΛ = -1; SK=1; Sπ = Sp = 0Ha 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- + veB: 1 = 1 + 0 + 0L: 0 = 0 + 1 – 1 • Hiper töltés: Y = B + S = 2 (Q – I3)

  11. Részecskék osztályozása

  12. Foton • A kvantált elektromágneses mező gerjesztésének kvantuma. • Az elektromágneses jelenségekért felelős elemi részecske • Mnyug = 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. mvf ≠ 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: • νe , m < 2.5 (7.5) eV, Q = 0, Spin: ½ , stabil • Müon neutrínó: • νμ , m < 170 KeV, Q = 0, Spin: ½ , stabil • Tau neutrínó: • ντ , 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 × 10-6s, cτ = 658,654 mSpin: ½Bomlása: μ− e− + νe + νμ (100%) • Tau:m = 1776 MeV, τ = 2,9 × 10−15 s, cτ = 87,11 μmBomlása: τ μ− + νμ+ ντ (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 = 2.6033 × 10−8 s ; cτ = 7.8045 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 π0, amely saját antirészecskéje

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

  19. Pion 3. π0 • m = 135 MeV, Élettartam: 8 x 10-17 s ; cτ = 25.1 nm • π0  2γ (98,798%) ; π0  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 π0részecske sokkal nehezebben megfigyelhető, mint a π±; mivel elektromosan semleges nem hagy nyomot az emulzióban. A π0részecskét 1950-ben a bomlástermékei révén találták meg.

  20. Kaon 1. • K – mezon • m = 493,8 MeV, Spin = 0 • K+ = u + s ; τ = 1.2380 × 10−8 s; cτ = 3.712 m, Q = +1 • I = ½, S=1, J =0- • Bomlási módok • Hadron: K + π+ + π0 (20,66%);K + 2π+ + π0 (5,59%) • Lepton: K + μ+ + νμ(63,55%); K + e+ + νe (1,58%) • Lepton és semi lepton fotonnal : K+ → μ+ + νμ+ γ • Hadron fotonnal: K+ → π+ + π0+ γ

  21. Kaon 2. • K- = u + s • τ = 1.2380 × 10−8 s; cτ = 3.712 m, Q = -1 • Bomlási módok: Hasonló a K- - hoz • Hadron fotonnal: K± → π+ + e+ + e− + γ • K0 = d + s Élettartam: 9 x 10-11 s • m = 497,614 MeV • Bomlási mód: K0 π- + π

  22. Kaon 3. • K – Short: τ = 8,9 x 10-11 s, cτ = 2.6842 cm • m = 497, 614 MeV • KS = (ds – sd )/ √2 • Bomlások • Hadron 2π0 (30,69%); π+ + π- (69,2%); π+ + π- + π0 • Foton: π+ + π- + γ • K – Long: τ = 5,116 x 10-8 s, cτ = 15.34 m • m = 497, 614 MeV • KL = (ds + sd )/ √2 • Bomlások : KL π+ + π- + π0

  23. D - mezonok • D+ = cd , D0 = cu, D0 = cu , D- = cd • D± : m = 1869 MeV τ = 1,040 × 10−15 s ; cτ = 311.8 μm • D0: m = 1864 MeV τ = 410.1 × 10−15 s ; cτ = 122.9 μm • D+ bomlások: • Lepton: e+ + νe , μ+ + νμ ; τ+ + ντ • Hadron: KS0 + π+ (1,5%); KL0 + π+ (1,5%) • Pion: π+ + π-; 2π+ + π-

  24. J/ψ(1S) • m = 3096.916 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 = 547.853 MeV • Bomlása:Természetes: (71,9%)η 2γ(39,91%), 3π0 (32,57%) Töltött: (28,1%) η π+ + π− + π0(22,74%), π+π−γ (4,6%) ρ (700) részecske • m = 775.49 • Élettartam 125 s • Bomlása: ρ π + π (100%)

  26. ω(782)omega mezon • m = 782 MeV • Élettartam: 11,4s • Bomlása:ω π+ + π− + π0(89,2%), π0+ γ (8.28%), π+ + π− (1,53%)

  27. Barionok

  28. Proton • m = 938 MeV, Stabil, Q = +1 (1,602 x 10-19 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− + 2π+ • Antilepton és foton: e+ + γ • 3 lepton: e+ + e+ + e-

  29. Neutron • m = 939 MeV, Spin = ½, I = ½ (fermion), Q=0 • n0 = udd • Élettartam atommagon kívül: 886s (15 perc)n0 p+ + e- + νe + 0,78 MeV τ = 885.7 ± 0.8 s, cτ = 2.655 × 108km Bomlását a gyenge kölcsönhatás okozza

  30. Delta barionok • m = 1232 MeV, τ = 6 x 10-24 s, S=0, I = 3/2 • Δ++ = uuu, Bomlása: π+ + p • Δ+ = uud, Bomlása: π+ + n vagyπ0 + p • Δ0 = udd, Bomlása: π0 + n vagyπ- + p • Δ− = ddd, Bomlása: π- + n

  31. Λbarion • m = 1115 MeV, S = -1, I =0 • τ = 2.631 x 10-10 s, cτ = 7.89 cm • uds • Bomlásai: • p + π- (63,9%) • n + π0 (35.8%) • n + γ ; p + π- + γ ; p + e− + νe (<0.001%)

  32. Σbarionok 1. • S = -1, I = 1 • Σ+ : m = 1189 MeV τ = 8.018 × 10−10 s, cτ = 2.404 cm uus • Σ0 : m = 1192 MeV τ = 7.4 × 10−20 s , cτ = 2.22 × 10−11 m uds • Σ− : m = 1197 MeV τ = 1.479 × 10−10 s, cτ = 4.434 cm dds

  33. Σbarionok 2. • Bomlások: • Σ+ p + π0 (51.57%) , n + π+ (48,31%)p + γ, n + π+, Λ + e+ +νe (<0.001%) • Σ0 Λ0 + γ (100%) • Σ− n + π− (99.8%), n + π− + γ (<0.001%)

  34. Ξ (Xi)barionok • S = −2, I = ½ • Ξ0:m = 1314 MeV, τ = 2.90 × 10−10 s, cτ = 8.71 cmΞ0 =ussBomlása: Ξ0Λ0 + π0 (99,5%) , Λγ (0.001%) • Ξ-: Ξ-=dssm = 1321MeV, τ = 1.639 × 10−10 s, cτ = 4.91 cmBomlása: Ξ- Λ0 + π0 (99,887 %), Σ−γ (0.0001%)

  35. Ωbarion • S = -3, I = 0 • sss • m = 1672.45 MeV ; τ = 8,21 × 10−11 scτ = 2.461 cmBomlása: Ω  Λ0 + K− (67.8%),Ξ0+ π− (23,6%)Ξ−+ π0 (8,6%)Ξ− + π+ + π− (<0.001%)

  36. Barion-oktett

  37. Mezon -nonett

  38. VÉGE

More Related