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

Ewolucja Wszechświata PowerPoint PPT Presentation


  • 94 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 wszech wiata

Ewolucja Wszechwiata

Wykad 4


Cz stki elementarne i oddzia ywania

czstki elementarnei oddziaywania


Co jest elementarne

atom

jdro

nukleon

10-15 m

10-10 m

10-14 m

kwark

elektron

co jest elementarne?

brak struktury!


Elementarno

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

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


Proton

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

foton

A.Einstein (1905) efekt fotoelektryczny

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

energia, pd:


Neutron

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:


Pozyton

  • 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


Kreacja pary

pozyton

foton

elektron

kreacja pary

hmin = 2mec2 1.02 MeV


Lawiny fotonowo elektronowe

lawiny fotonowo-elektronowe


Anihilacja

foton

elektron

pozyton

foton

anihilacja

  • hamowanie

  • pozytonium

  • anihilacja

  • 2 fotony E 0.5 MeV


Neutrino

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


Wi cej cz stek

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 (, )


Odkrycie taonu

(energia zderzenia w rodku masy = 4 GeV)

e+ + e + +

+ +

+ e+ + e +

odkrycie taonu

SPEAR


Wi cej cz stek1

+

+

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 p cherzykowej

0 w komorze pcherzykowej

+ Xe 0 + ...0 +

T = 3.5 GeV


Pierwsza fotografia cz stki v o

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


W r d produkt w rozpadu te protony

o

p

-

wrd produktw rozpadu te: protony

p+ 180 MeV proton

p- 190 MeV pion

mV 1130 MeV

Hiperon 0 czstka dziwna


Hiperon omega

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

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

kwarki (spin = ) i leptony (spin = )

PPb 2002

Czstki z rnych rodzin rni si zapachem.


Hadrony

Hadrony

Z kwarkw zbudowane s hadrony:

  • z trzech kwarkw bariony

  • z kwarku i antykwarku - mezony


Bariony

Bariony

Wikszo masy hadronu to energia wizania kwarkw.


Masa hadronu

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

Mezony


Leptony

Leptony

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

s fermionami oddziaujacymi sabo,

Liczba leptonowa:

Czstki nalece do rnych rodzin rni si zapachem.


Rozpady lepton w

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


Oddzia ywania

czas

Oddziaywania

Wirtualne czstki przenoszce oddziaywanie

Zasada nieoznaczonoci:

1 czstka wysya i pochania czstki wirtualne

1 czstka wysya, a 2 czstka pochania czstki wirtualne


Odzia ywanie elektromagnetyczne

Odziaywanie elektromagnetyczne

  • Dziaa na adunki elektryczne

  • Odpowiedzialne za wizania chemiczne

  • Nonik foton ()

  • Zasig nieskoczony


Odzia ywanie silne

Odziaywanie silne

  • Dziaa na adunki kolorowe

  • Odpowiedzialne za wizanie kwarkw w barionach

  • Noniki gluony

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


Ewolucja wszech wiata

Odziaywanie silne

B

G

R

G

R

B

Kwarki maj adunek kolorowy

Istniej tylko czstki o cakowitym adunku kolorowym rwnym zeru.

Uwizienie kwarkw (kolorw)


Ewolucja wszech wiata

Oddziaywanie midzy elektronami maleje wraz z odlegoci

Oddziaywanie midzy kwarkami ronie wraz z odlegoci


Ewolucja wszech wiata

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


Oddzia ywanie kolorowe

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)


Oddzia ywanie s abe

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.


Oddzia ywania elektros abe

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


S aby rozpad

e

e

e

W

e

Saby rozpad

W rozpadzie poredniczy bozon W-


Oddzia ywanie grawitacyjne

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.


Oddzia ywania1

Oddziaywania

Literatura:

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

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

  • L. Lederman Boska czstka


Ewolucja wszech wiata

Jak wytworzy plazm kwarkowo-gluonow?

  • Zwikszy:

  • cinienie temperatur

Takie warunki panoway we Wszechwiecie tu po Wielkim Wybuchu


Ewolucja wszech wiata

Plazma kwarkowo-gluonowa

Wczesny Wszechwiat

Temperatura, K

Tc=31012 K

Gwiazdyneutronowe

1

10

Wzgldna gsto materii jdrowej


Ewolucja wszech wiata

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


Ewolucja wszech wiata

Brookhaven National Laboratory, Long Island (USA)

Eksperyment rozpoczty w 2000 roku

RHIC - Relativistic Heavy IonCollider

(Relatywistyczny Zderzacz Cikich Jonw)


Ewolucja wszech wiata

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.


Ewolucja wszech wiata

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


Ewolucja wszech wiata

Rejestracja czstek

Cztery eksperymenty na zderzaczu RHIC


Ewolucja wszech wiata

Rejestracja czstek


Ewolucja wszech wiata

Ekperyment STAR

E = mc2

Zamiana energii w mas


Ewolucja wszech wiata

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


Ewolucja wszech wiata

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


Ewolucja wszech wiata

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


Ewolucja wszech wiata

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


Sonic boom from quenched jets casalderrey es teaney hep ph 0410067 h stocker

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


Ewolucja wszech wiata

Nastpne przygotowywane eksperymenty:

LHC (Large Hadron Colider) 2007r.

Wielki Zderzacz Jonw

CERN Genewa (Szwajcaria/ Francja)


Ewolucja wszech wiata

Eksperyment ALICE


Ewolucja wszech wiata

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


Ewolucja wszech wiata

Eksperyment ALICE

937 naukowcw

77 instytutw

28 krajw

Grupa naukowcw i studentw z Wydziau Fizyki P.W.


  • Login