Rozszyfrowywanie struktury protonu
Download
1 / 34

Rozszyfrowywanie struktury protonu - PowerPoint PPT Presentation


  • 145 Views
  • Uploaded on

Rozszyfrowywanie struktury protonu. Metody pomiaru struktury obiektów złożonych Rozpraszanie elektronów na nukleonie czy na jego składnikach Składniki punktowe wewnątrz nukleonu to kwarki Definicja funkcji struktury Rozpraszanie głęboko-nieelastyczne Wnioski z pomiarów

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Rozszyfrowywanie struktury protonu' - starbuck


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
Rozszyfrowywanie struktury protonu
Rozszyfrowywanie struktury protonu

  • Metody pomiaru struktury obiektów złożonych

  • Rozpraszanie elektronów na nukleonie czy na jego składnikach

  • Składniki punktowe wewnątrz nukleonu to kwarki

  • Definicja funkcji struktury

  • Rozpraszanie głęboko-nieelastyczne

  • Wnioski z pomiarów

  • Rozpraszanie neutrin i porównanie uzyskanych rozkładów kwarków w nukleonieuniwersalność

  • opis łamania skalowania, QCD

  • spin kawarków i spin protonu

  • Ewa Rondio, 31 marca 2009


    Metoda badany obiekt jest tarcz obserwujemy rozpraszanie na nim obiekt w punktowych
    Metoda: badany obiekt jest tarczą,obserwujemy rozpraszanie na nim obiektów punktowych

    Dokładność zależy

    od tego jak duże obiekty

    rozpraszamy

    (tak jak w mikroskopie  od długości fali)

    doświadczenie typu Rutherforda


    Czy z obserwacji toru pocisk w mo na si dowiedzie o strukturze kszta cie

    Pierwszy obiekt

    Czy z obserwacji toru pocisków można się dowiedzieć o strukturze (kształcie)

    Drugi obiekt


    Badania struktury przez obserwacje zderze

    Struktura atomu odkryta w doświadczeniu Rutherforda

    WNIOSEK

    w folii mamy dużo „pustego miejsca”

    mamy też obiekty na tyle ciężkie, że cząstki mogą się od nich odbić

    JĄDRO ATOMOWE

    Badania struktury przez obserwacje zderzeń

    Folia złota


    Rozpraszanie elastyczne kinematyka
    Rozpraszanie elastycznekinematyka

    • Rozdzielcześć wzrasta ze wzrostem przekazu czteropędu

      (niezmiennik transf. Lorenza)

      odpowiada to zmniejszaniu się długości fali wymienianego fotonu

      Związek z kątem rozpraszania:

      dla

    m -masa pocisku

    Tarcza

    P=(M,0)

    Przekaz :

    Energii

    czteropędu

    jedna zmienna (np. Q2 lub kąt) wystarcza do pełnego opisu procesu


    Pomiar rozk adu adunku
    Pomiar rozkładu ładunku

    • Jądro atomu

    • w dośw.

    • Rutherforda

    • Punktowe

      Przy większych

      przekazach pędu

    • Widoczne

      rozmycie

      rozkładu

      ładunku



    Formfaktor
    Formfaktor

    Struktura cząstki tarczy jest opisywana przez form-faktor

    Kryje on cała naszą niewiedzę o tym obiekcie na którym rozpraszamy pociski

    (tutaj elektrony)

    Formfktory wyznacza się przez dopasowanie do danych doświadczalnych


    Wyniki pomiar w formfaktora nukleonu
    Wyniki pomiarów formfaktora nukleonu

    • Dla cząstek nierelatywistycznych formfaktor jest transformatą Furiera rozkładu ładunku

    • Dla cząstek o spinie ½ mamy 2 formfaktory:

      elektryczny i magnetyczny albo Diraca i Pauliego

    dane dobrze dają się opisać przez

    formfaktor dipolowy (GD)


    Zmiana q 2 zmienia powi kszenie
    Zmiana Q2 zmienia „powiększenie”

    • Małe Q2

    • widzimy jako

    • całość pojedyńczy

    • obiekt w tarczy

    • (atom, jądro..)

    • rozmiar tego obiektu

    • zależy od Q2 w procesie

    • rozpraszania,

    • a więc od długości fali

    • fotonu, który jest

    • wykorzystywany do

    • próbkowania struktury

    • tarczy

    • Większe Q2

    • w tej samej tarczy

      zaczynamy widzieć

      mniejsze struktury


    Pomiary rozpraszania elektron w na nukleonach w slac u
    Pomiary rozpraszania elektronów na nukleonach w SLAC-u

    Wynik był całkowitym zaskoczeniem

    tego się spodziewano

    zaobserwowano dużo słabszą zależność

    od Q2, a więc od kąta rozpraszania !!

    jak dla rozpraszania na obiekcie punktowym

    zmienna W opsuje masę hadronowego stanu

    końcoewgo

    Rysunek z pracy M.Breidebach et.al.,

    Phys.Rev.Lett.23,935(1969)


    Skalowanie rozpraszanie na punktowych sk adnikach
    Skalowanie rozpraszanie na punktowych składnikach

    Rozpraszanie odbywa się na punktowych obiektach wewnątrz nukleonu

     partonach

    Przekrój czynny będzie sumą rozpraszań na poszczególnych partonach

    Dla każdego mamy rozpraszanie elestyczne

    F2(x,Q2)

    A dla całego nukleonu

    pojawia się czynnik opisujący jakie są w nim partony  tzw. Funkcja struktury


    Skalowanie zale no od jednej zmiennej
    Skalowanie – zależność od jednej zmiennej

    Interpretacja zmiennej skalowania

    X 

    ułamek pędu nukleonu niesiony

    przez parton który brał udział

    w oddziaływaniu

    Obserwacja skalowania doprowadziła

    do powstaniaModelu Partonowego



    Zmiana powi kszenia patrzymy na budow tarczy w coraz mniejszej skali
    zmiana powiększeniapatrzymy na budowę tarczy w coraz mniejszej skali

    Pik elastyczny

    wzbudzenie jądra

     zmiana skali:x=Q2/2MPn

    Zmienna x: zawsze definiuje ułamek pędu całego obiektu ,jaki niesie ten jego składnik na którym nastąpiło rozproszenie

    Dlatego zawsze dla rozpraszania elestycznego mamy x=1

    a obserwacja w mniejszej skali powoduje zmianę definicji x


    Funkcja struktury
    Funkcja struktury

    jeśli nukleon jest:

    • Czago się spodziewamy?

      zastanówmy się jakiego kształtu

      funkcji struktury spodziewamy się przy różnych założeniach o tym jak zbudowany jest nukleon

      Pamiętamy, że jest to

    • funkcja określająca:

    • szanse znalezienia partonu o określonym pędzie

    wg. książki [email protected]


    Pomiary funkcji struktury nukleonu
    Pomiary funkcji struktury nukleonu

    • Pomiary rozpraszania elektornów i mionów na swobodnych, quasi-swobodnych (deutron) i związanych w jądrach atomowych nukleonach

    • Pomiary rozpraszania neutrin, głównie na tarczach jądrowych

      w obu przypadkach wiązka kierowana jest na tarcze w spoczynku

      maksymalne dostępne Q2 kilkaset GeV2

      tzw pomiary na tarczy stacjonarnej

    • Pomiary dla wiązek przeciwbieżnych

      elektron-proton w akceleratorze HERA

    • Energia znacznie większa, dlatego

      szerszy obszar dostępnych

      zmiennych kinematycznych

      zakres Q2 do 104GeV2

      a zmienna x bardzo mała do 10-4

    mierzymy w funkcji x i Q2



    różne,bo prawdopodobieństwo oddziaływania

    dla naładowanych leptonów proporcjonalne do ładunku2

    protonu i neutronu, przy założeniu symetrii izospinowej

    dla tarczy izoskalarnej (A=Z/2)


    Porównanie funkcji F2 nukleonu mierzonejw rozpraszaniu naładowanych leptonów i w rozpraszaniu neutrin

    Punkty – pomiary dla neutrin

    (komora pęcherzykowa Gargamelle)

    Linia – wynik dopasowania do punktów

    uzyskanych dla rozpraszania elektronów

    w eksperymatach w SLAC * 18/5

    Wniosek: ładunki obiektów punktowych

    w nukleonie wynoszą

    1/3 i 2/3

     są takie same jak ładunki kwarków

    postulowanych przez Gelmana

    do wyjaśnienia multipletów

    hadronów


    Wi cej o strukturze protonu z pomiar w funkcji struktury
    Więcej o strukturze protonuz pomiarów funkcji struktury


    Czy tylko kwarki s sk adnikami nukleonu
    Czy tylko kwarki są składnikami nukleonu?

    wyniki pomiarów

    F2 mierzy rozkład pędu

    jeśli cały pęd niesiony

    przez kwarki to

    • Pomiary wskazują, że kwarki niosą tylko około połowy pędu,

    • jest jeszcze jakiś składnik, który nie bierze udziału

      w oddziaływaniach z leptonami

      są to

      GLUONY


    Jak wygl da nukleon w wietle pomiar w w rozpraszaniu g boko nieelestycznym
    Jak „wygląda” nukleon w świetle pomiarów w rozpraszaniu głęboko nieelestycznym?

    kwarki

    walencyjne

    q

    pary kwark-antykwark

    mogą się pojawiać i znikać

    niosą kolor i anty-kolor

    q

    Gluony

    przenoszą oddziaływania

    między kwarkami

    niosą 2 kolory, opis w QDC


    Wsp czesne wyniki pomiar w f 2
    Współczesne wyniki pomiarów F rozpraszaniu głęboko nieelestycznym?2

    obserwacja łamania

    skalowania 

    efekty QCD


    Oddziaływanie głęboko- nieelastyczne rozpraszaniu głęboko nieelestycznym?

    ( z ang.DIS)

    Kinematyka :

    =E -E’

    Q2=-q2=4EE’sin /2

    xBj=Q2 / 2M

    y=  / E

    Proces podstawowy: *qq


    Qed qcd
    QED rozpraszaniu głęboko nieelestycznym?QCD

    chromodynamika kwantowa

    elektrodynamika kwantowa

    aS – stała sprzężenia

    oddz. silnego

    a – stała sprzężenia

    elektro-magnetycznego

    Najważniejsza różnica między QED i QCD:

    w QEDfotony nie sprzęgają się same ze sobą

    w QCDistnieje sprzężenie gluon-gluon


    Zdolno rozdzielcza mikroskopu dis
    Zdolność rozdzielcza „mikroskopu DIS” rozpraszaniu głęboko nieelestycznym?

    im głębiej zaglądamy tym więcej widzimy par kwark-antykwark

    Mechanizm: kwarki emitują gluony, gluony tworzą pary …

    Pqg

    Pgq

    Pgg

    prawdopodobieństwo emisji zależy od Q2, można je obliczyć w QCD

    wyznaczono funkcje opisujące podział pędu Pij (splitting functions) w tych procesach

    Skala m

    zamieniona z Q2


    Amanie skalowania
    Łamanie skalowania rozpraszaniu głęboko nieelestycznym?

    F2(x)dla dwóch

    (bardzo różnych) wartości Q2

    Linia ciągła – parametryzacja

    i ważny test QCD

     rozkłady partonów

    opisujemy funkcjami typu

    przy wybranej wartości

    następnie obliczamy wartości

    F2(x) dla innych wartości

    i porównujemy z pomiarem

    wyraźnie widoczne

    łamanie skalowania

    i jego ilościowy opis


    Wyniki pomiar w i ich opis w ramach qcd
    Wyniki pomiarów rozpraszaniu głęboko nieelestycznym?i ich opis w ramach QCD


    Spin kwarku
    Spin kwarku rozpraszaniu głęboko nieelestycznym?

    Spin partonu (kwarku) = 1/2


    Pomiar polaryzacji kwark w wewn trz protonu
    Pomiar polaryzacji kwarków rozpraszaniu głęboko nieelestycznym?wewnątrz protonu

    }foton może być pochłonięty tylko przez kwark

    o przeciwnej polaryzacji

    Spin fotonu = 1

    Spin kwarku = 1/2


    Kryzys spinowy
    „kryzys spinowy” rozpraszaniu głęboko nieelestycznym?

    • Orbitalny moment pędu

    • możliwy wkład od kwarkó

    • i od gluonów

    • Nic o tym w tej chwili nie wiemy

    • Cel experymentów następnej

      generacji

    • brakujący wkład może być

    • niesiony przez gluony

    • zadanie obecnie prowadzonych

      eksperymentów

    wkład kwarków

    nie wystarcza


    Podsumowanie
    Podsumowanie: rozpraszaniu głęboko nieelestycznym?

    Wiemy z pomiarów co jest

    wewnątrz nukleonu

    Obiekty na których zachodzi

    rozpraszanie to KWARKI

    (sprawdzono ich ładunki i spin)

    Badania obecne dotyczą dużych

    „powiększeń” i opisu rozkładów

    pędu kwarków w nukleonie i ich

    ewolucji ze zmianą Q2

    Rozkłady partonów są uniwersalne

    tzn. wyznaczone w jednym procesie

    opisują też inne

    Spin protonu wymaga czegoś więcej niż wkład od kwarków, pomiary


    ad