Ewolucja wszech wiata
Sponsored Links
This presentation is the property of its rightful owner.
1 / 59

Ewolucja Wszechświata PowerPoint PPT Presentation


  • 118 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

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 )

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.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Ewolucja Wszechwiata

Wykad 4


czstki elementarnei oddziaywania


atom

jdro

nukleon

10-15 m

10-10 m

10-14 m

kwark

elektron

co jest elementarne?

brak struktury!


elementarno...

1897 elektron (J.J.Thomson)

1905 foton (A.Einstein)

1911 jdro (E.Rutherford)

1919 proton (E.Rutherford)

1928 pozyton (P.A.M.Dirac)

1931 neutrino (W.Pauli)

1932 neutron (J.Chadwick)


elektron

Thomson (1895) promienie katodowe elektroliza emisja elektronw

czas ycia:stabilnymasa:m = 0.511 MeVadunek:z = -1 barionowy:B = 0leptonowy:L = 1spin:J =

moment magnetyczny:

P.A.M.Dirac


struktura?

proton

Rutherford (1919) emisja po reakcji + N

czas ycia:stabilnymasa:m = 938.27 MeVadunek:z = 1barionowy:B = 1leptonowy:L = 0spin: J =

moment magnetyczny:


foton

A.Einstein (1905) efekt fotoelektryczny

czas ycia:stabilnymasa:m = 0adunek:z = 0barionowy:B = 0leptonowy:L = 0spin:J = 1

energia, pd:


neutron

Chadwick (1930)

czas ycia: = 14.8 min,n p + e + emasa:m = 939.57 MeVadunek:z = 0barionowy:B = 1leptonowy:L = 0spin: J =

moment magnetyczny:


  • spin

  • moment magnetyczny

  • oraz energia:

czstka (elektron)

mc2

0

-mc2

dziura (pozyton)

pozyton

P.A.M.Dirac (1928) relatywistyczne rwnanie falowe

Carl Anderson (1932) odkrycie w komorze mgowej z polem B


pozyton

foton

elektron

kreacja pary

hmin = 2mec2 1.02 MeV


lawiny fotonowo-elektronowe


foton

elektron

pozyton

foton

anihilacja

  • hamowanie

  • pozytonium

  • anihilacja

  • 2 fotony E 0.5 MeV


neutrino

Pauli (1931) przewidzia istnienie na podstawie analizy rozpadu

czas ycia:stabilnymasa:m = 0 ? (< 310 6 MeV)

adunek:z = 0 barionowy:B = 0leptonowy:L = 1spin:J = moment magnetyczny: = 0

Reines, Cowan (1957) odkryli neutrino


wicej czstek...

1938 miony (C.Anderson i S.Neddermeyer promieniowanie kosmiczne)

  • m 200 me = (105 MeV)

  • oraz + (antyczstka)

  • s nietrwae czas ycia: 2.5 10-6 s

rozpady mionw:

1947, fotoemulsja:

e + +e

+ e+ + e +

1962 dwa rodzaje neutrin: elektronowe i mionowe:(e, e), (, )... a potem jeszcze taonowe (, )


(energia zderzenia w rodku masy = 4 GeV)

e+ + e + +

+ +

+ e+ + e +

odkrycie taonu

SPEAR


+

+

e+

e

wicej czstek...

Powell (1947) promienie kosmiczne + emulsja jdrowa

Mezony (piony)

m 150 MeV

+ + +

+ e+ + e +

(e+ + e + )

Istnieje oraz + (antyczstka)


0 w komorze pcherzykowej

+ Xe 0 + ...0 +

T = 3.5 GeV


Ko

+

-

pierwsza fotografia czstki Vo

wtrne kosmiczne,h = 0 komora mgowaB =0.35 T, (ManchesterUniv.)

G.D.Rochester i C.C.Butler; Nature, 160, 855, (1947)

Mezon K0 czstka dziwna

mV = 500600 MeV = 10-1110-9s


o

p

-

wrd produktw rozpadu te: protony

p+ 180 MeV proton

p- 190 MeV pion

mV 1130 MeV

Hiperon 0 czstka dziwna


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

Dziwno = -3


Model Standardowy

Do chwili obecnej odkryto okoo dwiecie czstek (z ktrych wikszo nie jest czstkami elementarnymi).

  • Model Standardowy teoria opisujca wszystkie czstki i oddziaywania midzy nimi za pomoc:

  • 6 kwarkw

  • 6 leptonw

  • czstek przenoszcych oddziaywania

Kadej czstce odpowiada antyczstka


kwarki (spin = ) i leptony (spin = )

PPb 2002

Czstki z rnych rodzin rni si zapachem.


Hadrony

Z kwarkw zbudowane s hadrony:

  • z trzech kwarkw bariony

  • z kwarku i antykwarku - mezony


Bariony

Wikszo masy hadronu to energia wizania kwarkw.


Kupujemy 1 kg jabek...

(masa protonu 1 GeV)

... a w domu z torby wysypujemy 3 malekie jabuszka tylko 12 g!

(masa kwarkw 0,012 GeV)

Masa hadronu


Mezony


Leptony

Leptony = (e, e), (, ), (, ) + antyczstki

s fermionami oddziaujacymi sabo,

Liczba leptonowa:

Czstki nalece do rnych rodzin rni si zapachem.


Rozpady leptonw

Elektron i 3 rodzaje neutrin trwae

Mion i taon - nietrwae

Liczby elektronowe, mionowe i taonowe s zawsze zachowane, gdy ciki lepton rozpada si na mniejsze leptony.

Czy te rozpady s moliwe?

Liczba mionowa niezachowana

Energia niezachowana


czas

Oddziaywania

Wirtualne czstki przenoszce oddziaywanie

Zasada nieoznaczonoci:

1 czstka wysya i pochania czstki wirtualne

1 czstka wysya, a 2 czstka pochania czstki wirtualne


Odziaywanie elektromagnetyczne

  • Dziaa na adunki elektryczne

  • Odpowiedzialne za wizania chemiczne

  • Nonik foton ()

  • Zasig nieskoczony


Odziaywanie silne

  • Dziaa na adunki kolorowe

  • Odpowiedzialne za wizanie kwarkw w barionach

  • Noniki gluony

  • Zasig 10-15 m (odlego typowa dla kwarkw w nukleonie)


Odziaywanie silne

B

G

R

G

R

B

Kwarki maj adunek kolorowy

Istniej tylko czstki o cakowitym adunku kolorowym rwnym zeru.

Uwizienie kwarkw (kolorw)


Oddziaywanie midzy elektronami maleje wraz z odlegoci

Oddziaywanie midzy kwarkami ronie wraz z odlegoci


Uwizienie kwarkw

  • Oddziaywanie midzy kwarkami ronie wraz z odlegoci.

  • Prba rozdzielenia kwarkw prowadzi do wytworzenia nowej pary kwark-antykwark (jest to proces korzystniejszy energetycznie).

mezon D-

mezon D+

mezon c

Zamiana energii na mas


q

g

q

Oddziaywanie kolorowe

Gluony musz mie adunek kolorowy oraz adunek antykolorowy, gdy zmieniaj one zawsze dany kolor w antykolor.

adunek kolorowy jest zawsze zachowany.

8 gluonw - 8 stanw kolorw superoktet (SU3)


Oddziaywanie sabe

  • Odpowiedzialne za rozpad cikich kwarkw i leptonw na lejsze kwarki i leptony (zmiana zapachu).

  • Czstki przenoszce oddziaywanie sabe to bozony: W+, W- i Z0.

Masy W+, W- i Z0 due (~80 GeV) Zasig may

Oddziaywanie sabe i elektromagnetyczne opisuje jednolita teoria oddziaywa elektrosabych.


Oddziaywania elektrosabe

Mae odlegoci (10-18 m) wielkie energie

Oddziaywania sabe i elektromagnetyczne porwnywalne.

Wiksze odlegoci (310-17 m)

Oddziaywanie sabe jest 10-4 razy mniejsze ni elektromagnetyczne


e

e

e

W

e

Saby rozpad

W rozpadzie poredniczy bozon W-


Oddziaywanie grawitacyjne

  • Dziaa na kade ciao

  • Odpowiedzialne za istnienie planet, gwiazd, galaktyk...

  • Nonik (hipotetyczny) grawiton?

  • Zasig nieskoczony

Brak teorii, ktra wie oddziaywanie grawitacyjne z innymi rodzajami oddziaywa jeden z gwnych nierozwizanych problemw kosmologii.


Oddziaywania

Literatura:

  • http://chall.ifj.edu.pl/przygodazczastkami/frameless/index.html

  • http://www.wiw.pl/fizyka/boskaczastka/

  • L. Lederman Boska czstka


Jak wytworzy plazm kwarkowo-gluonow?

  • Zwikszy:

  • cinienie temperatur

Takie warunki panoway we Wszechwiecie tu po Wielkim Wybuchu


Plazma kwarkowo-gluonowa

Wczesny Wszechwiat

Temperatura, K

Tc=31012 K

Gwiazdyneutronowe

1

10

Wzgldna gsto materii jdrowej


Zderzenia jder o wielkich energiach wytwarza si stan materii o wysokiej temperaturze i cinieniu.

czas

Emisja czstek

Gaz hadronowy

Faza mieszana

Plazma kwarkowo-gluonowa

Stanprzedrwnowagowy

przestrze


Brookhaven National Laboratory, Long Island (USA)

Eksperyment rozpoczty w 2000 roku

RHIC - Relativistic Heavy IonCollider

(Relatywistyczny Zderzacz Cikich Jonw)


Akcelerator w tunelu 4 m pod ziemi przyspiesza przeciwbiene wizki jder atomowych do prdkoci 99,95 prdkoci wiata.

Wizka odchylana jest w polu magnetycznym wytwarzanym przez nadprzewodzce magnesy umieszczone w ciekym helu o temperaturze 4,5 K.


RHIC

  • Energia zderzenia Ecms = 200 GeV

  • Tysice zderze na sekund

  • Podczas zderzenia wytwarza si temperatura 10 000 razy wysza ni na Socu

W eksperymentach bierze udzia ponad 1000 fizykw z caego wiata

Grupa naukowcw i studentw z Wydziau Fizyki P.W. uczestniczy w eksperymencie STAR


Rejestracja czstek

Cztery eksperymenty na zderzaczu RHIC


Rejestracja czstek


Ekperyment STAR

E = mc2

Zamiana energii w mas


W poszukiwaniu plazmy kwarkowo-gluonowej...

W zderzeniu dwch jder oowiu...

...mog powsta nowe czstki zwane J/PSI

http://info.fuw.edu.pl/~ajduk/Public/SCIENCE/qgp.html


W poszukiwaniu plazmy kwarkowo-gluonowej...

Jeli w zderzeniu powstanie plazma kwarkowo-gluonowa, to niektre czstki J/PSI ulegn zniszczeniu, za to powstan inne czstki kwarki dziwne. Pojawi si te wicej czstek rozpadajcych si na pary elektronowe.

Badajc, ile i jakich czstek powstao w zderzeniu, moemy stwierdzi, czy uformowaa si plazma kwarkowo-gluonowa i jak ewoluowaa.

Niestety, wyniki nie s jednoznaczne...

http://info.fuw.edu.pl/~ajduk/Public/SCIENCE/qgp.html


Proton/deuteron

nucleus

collision

Nucleus-

nucleus

collision

orodek?

brak orodka

Medium?

No Medium!

Zderzenie jdro-jdro

Zderzenie protonu lub deuteronu z jdrem

Thomas K Hemmick, Stony Brook University

Quark Matter 2004, Oakland CA


KONIEC poszukiwa plazmy kwarkowo-gluonowej

The END of searching for the QGP

POCZTEK badania jej wasnoci

  • The BEGINNING of measuring its properties

    • 12D Correlations

    • Heavy Quarks

    • Direct Photons

    • Leptons

    • and its relation to CGC

Miklos Gyulassy, Columbia University

Quark Matter 2004, Oakland CA


Wake effect or sonic boom

Sonic boom from quenched jets Casalderrey,ES,Teaney, hep-ph/0410067; H.Stocker

  • the energy deposited by jets into liquid-like strongly coupled QGP must go into conical shock waves

Plazma kwarkowo-gluonowa ma wasnoci podobne do cieczy.

Edward Shuryak

State University of New York

Quark Matter 2005, Budapeszt


Nastpne przygotowywane eksperymenty:

LHC (Large Hadron Colider) 2007r.

Wielki Zderzacz Jonw

CERN Genewa (Szwajcaria/ Francja)


Eksperyment ALICE


Nowe moliwoci badania materii

RHIC LHC

  • Energia (GeV) 200

  • Liczba rejestrowanych czstek 850

  • Temperatura (T/Tc) 1,9

  • Gsto energii (GeV/fm3) 5

  • Czas ycia plazmy 2 - 4

  • kwarkowo-gluonowej (fm/c)

5500 28 razy

1500-8000 ?

3,0-4,2 gorcej

15-60 gciej

10 duej

Quark Matter 2004, Oakland CA

Yves Schutz


Eksperyment ALICE

937 naukowcw

77 instytutw

28 krajw

Grupa naukowcw i studentw z Wydziau Fizyki P.W.


  • Login