Úton a kvarkok felé Atommag-é rézeckefizika 3. előaá 010. febrár 3.
V-rézeckék 1. felfeezé 1946, Rocheter, Btler ezen a képen egy emlege rézecke bomláakor két töltött rézecke (pionok) nyoma villa alakot (árgával zínezve) rajzol ki a emlege rézecke a kozmik gárzá hatáára az elnyelı ólomban keletkezett ezt hívjk V-rézeckének gono vizgálat kimtatta, hogy nem lehet e - e + pár, nem lehet pion- vagy müonbomlá, hanem egy új emlege rézecke, tömege a pionénál nagyobb, neve kaon lett. x haonló tömegő rézeckét feeztek fel. forrá: http://hep.chicago.e/workhop/kaon99/
A képek analízie Mekkora tömegő rézecke volt a villa nyele? r=mv/qb alapján a töltött rézeckék p-a meghatározható (p 1, p ) A laborrenzerben az energia é az implz megmara: ebbıl m V -t ki lehet zámolni. m V c 500 MeV. A protonnál könnyebb új emlege rézecke. (K 0 lez a neve) bomláa: K 0 π + + π 1 1 4 4 1 4 1 p p p E E c m c p mc c p c m c p V + = + = + + + = + 1 ) ( c p E E c m V + =
A V-rézecke élettartama A V-rézeckék néhány cm-t teznek meg a bborékkamrákban. t=l/v>l/c=3 cm/(30cm/n)=0,1 n=10-10 Ez 10 14 iıegyég. Nagyon hozú iı. 10 14 pl., 3 Millió év. Hozú élettartamú rézeckék. Valami miatt ezek a rézeckék nem bomlanak el úgy, mint a többi rézecke. Ezt a tapaztalatot: gyor reakciók hiányát megmaraái törvénnyel rögzítjük. Nem vazigorú megmaraá. Sokáig megpróbál megmarani a mennyiég, e aztán mégi megváltozik, ki valózínőéggel. Ritkaág (A. Pai, Mrray Gell-Mann, K. Nihijima) Hozú élettartamú rézeckékhez ritkaág-zámot renelünk. A ritkaágmegmaraá gátolja ezek bomláát. Aminek a bomláterméke i ritka, annak a ritkaága =. (Többzör -1, - ritkaág i elıforlhat.)
Kaon K 0 ritka rézecke tömege kb. 500 MeV élettartama 10-14 körül van ritkaág kvantmzám = 1 két pionra bomlik (lez maj három tetvére, két motoha é egy ée )
Antiproton 1955 Segre, Camberlain Berkeley, ciklotron gyorító Bevatron, 6 GeV p + A p+ p+ p+ A' Annihiláció cillag (Wilon-kamra) zöl: π+ piro: π árga: µ antiproton a gyorítóból
antiproton annihiláció V pp ütközé egy emlege rézecke i keletkezhet! maj elbomlikkét V-alakban menő töltött rézeckére antiproton et. LBL New, Vol.6, No.3, Fall 1981, p. 81
netron annihiláció nn ütközé antiproton nyaláb töltécere, zóróá p + p - π + n n netron annihiláció: 4 új rézecke + é görbülető töltécere p n, pionok keletkeznek
Történeti lépéek áttekintée 1895 Röntgen zivattyú 1896 Becqerel véletlen 1897 Thomon katógárcı 1898 Crie-házapár kémia 1911 Rtherfor alfa-forrá 1917 Blackett kökamra 193 Chawick alfa-forrá 1933 Aneron kökamra, kozmik gárzá 1947 Powell, Latte fotoemlzió, kozmik gárzá 1947 Rocheter, Btler V-rézeckék 1955 Segre, Chamberlain gyorító Bevatron
V-rézeckék 3. töltött V-rézecke bomláakor erıen ionizáló rézecke keletkezik (proton), a villa máik olala nem ionizál. A fı tapaztalat az olalirányú implz, amit a villa középpontjában zerez a proton. Innen látzik, hogy valami elvitt implzt a máik irányban (π 0 ). V + p+ π 0, (neve Σ + hiperon lez.) (A zerzık kizárták a bomlá nélküli zóróá eetét a megváltozott ionizálóképeég alapján.) ritkaág (Σ + )= -1 Phy. Rev. 90, 167 (1953) Direct Experimental Evience for the Exitence of a Heavy Poitive V Particle C. M. York, R. B. Leighton, an E. K. Bjorner
V-rézeckék 4. Új technológia: pionok nyalábja (mot π + ) A gyorítóban keletkezett máolago pionnyaláb eik bborékkamrára. π + álló proton ütközében keletkezett két emlege V-rézecke (nyilak). A felı két pionra bomlik (mint korábban), az aló lenületének nagy rézét a kék rézecke vizi el (proton), a ki rézét az elektronokkal egy irányba tekereı kiebb energiájú negatív rézecke π. Az aló rézecke a protonnál nehezebb emlege rézecke. (lamba-0 lett a neve) forrá: http://origo.worpre.com/008/11/08/ome-note-on-the-mlti-mon-analyi-part-ii/
V-rézeckék 5. Ugyanez iffúzió kökamrában (korábbi technika) Brookhaven-i gyorító 1,5 GeV e pionok π + p Λ 0 +K 0 Λ 0 p + π K 0 π + π + Λ 0 láthatatlan nyoma megint hozabb, mint a K 0 -é. keletkezékor a ritkaág megmara (Λ 0 )= 1 http://cerncorier.com/cw/article/cern/8435/1/cernjack1_4-01
Az Ω rézecke Kaonok nyalábja! A máoik bomláterméke i még ritka, ritkaág =-3,
A reakció leíráa K + p + K 0 + K + + Ω Ω Ξ 0 + π ritkaág 3 Ξ 0 Λ 0 + (π 0 γ) ritkaág 1 keletkezékor ritkaág megmara: cak úgy lehet, hogy (K )= 1, (K + )=+1
Omega rézecke má keletkezée K +p + K + +K + +Ω + π Ω Λ 0 + K 3 1+ ( 1) Λ 0 p + π 1 0 keletkezékor ritkaág megmara bomlákor 1-et változik
Omega rézecke 3. Milyen reakció ez? K + p + K 0 + K + + Ω Ω Λ 0 + K
új rézeckék K 0, K 0, K +, K Λ 0 Σ +,Σ,Σ 0 Ξ, Ξ 0 Ω ±1 kb. 500 MeV -1 kb. 1116 MeV -1 kb. 1190 MeV - kb. 130 MeV -3 kb. 167 MeV
A nehezebb rézeckék oztályozáa m 939 ± 1 MeV n 0 p + = 0 m 1193 ± 4 MeV Σ Λ 0 Σ 0 Σ + = 1 m 1319 ± 4 MeV Ξ Ξ 0 Q = 1 Q = 0 Q = +1 =
A nehezebb rézeckék oztályozáa 0 S 1 1/ 1 1/ T z S = ritkaág-zám T z = izopin harmaik komponene
Kvark-gonolat n 0 p 1 r =1 1 Σ Σ 1 + 0 0 r= - = ritka kvarkok záma pin=1/ =1 Ξ 0 Ξ r =1 T z +1/ -1/ 0 0 0-1
Kvarkok kvantmzámai izopin harmaik komponene (T z ) 1/ 1/ 0 izopin (T) 1/ 1/ 0 ritkaág () 0 0 1 pin 1/ 1/ 1/ elektromo tölté (Q) /3 1/3 1/3 elektromo tölté Q()=x, Q()=y Q(p)=1=x+y Q(n)=0=x+y Q(p-n)=1-0=-3y=1 y= 1/3 x=/3 tört tölté! (é az elektron tényleg elemi) Q(Ξ 0 )=Q()=0 Q()= 1/3
A közepe tömegű rézeckék oztályozáa S 1 T z 1 1/ 1/ 1 1 S = ritkaág-zám T z = izopin harmaik komponene
K 0-1 K + 1 1 0 r =0 0 π π 0 + -1-1 =0 r = - = ritka kvarkok záma pin=0 1 K r K 0 =0
Reakciók a kvark-képben 1. K +p + K + +K + +Ω + π + + + + + + + + mechanizm: két qq kelté q= az új m 0 -t a E kin feezi π K + Ω K +
Reakciók a kvark-képben. Ω Λ 0 + K + melyik valól meg? Λ 0 K Λ 0 K Ω Ξ 0 + π + mechanizm: pontán bomlá kvark átalaklá, eltőnik egy ritka kvark: r=1 új m 0 -t () a tömegkülönbég (m -m )c é a köté erıöée feezi Ξ 0 π
Reakciók a kvark-képben 3. π + p Λ 0 + K 0 + + Ξ 0 Λ 0 +π 0 K 0 Λ 0 π 0 (γ) Λ 0
Reakciók a kvark-képben 4. Λ 0 p + + π K 0 π + + π + + p + π π π +
(-1/3) A ritkaág megváltozáa Az kvark -ba alakl, é megváltozik a ritkaág ezt a gyenge kölcönhatá közvetíti W (/3) (-1/3) (1/3) W + (-/3) (/3) (-/3) (1/3)
Mikrorézeckék felépítée Az elektronnál nehezebb rézeckék tlajonágait a kvarkmoell jól aja viza. Az elektron ninc benne a renzerben! Ez máfajta rézecke. A kvarkokból álló mikrorézeckék é a kvarkok özefoglaló neve: HADRONOK (Éreke, az elektronból é a müonból nem lehet mikrorézeckéket elıállítani. Ezek nem kötınek egymához olyan erıen. Pl. a µ e + renzer inkább egy atomhoz haonlít.) A közepe tömegő rézeckék kvark-antikvark párból állnak, nevük ezentúl: MEZONOK qq A nehezebb tömegő rézeckék három kvarkból állnak, nevük ezentúl: BARIONOK qqq (Kéıbb találtak a könnyebb barionoknál nehezebb mezonokat i.) A barion-oktett felépítééhez haznált kvarkok a mezon-nonettnél i minent pontoan vizaanak. A kvarkmoell tényleg jól mőköik. A mezonoknál a középı pontban három rézecke lehet, e az,, állapotok kvantmmechanikai zperpozíciói leznek a etektálható rézeckék. T=1 (+)*( ) 574 MeV 135 MeV
Haronok Barionok qqq nkleonok n,p ΚπηρϒJ/ψ hiperonok Σ,Ξ Ω rezonanciák, Ξ*, é antirézeckéik
Mikrorézeckék gerjeztett állapotai proton () pinje =1/ gerjeztett állapot =3/ 3 b 1/-e izopin özege: T=3/ T z = 3/ 1/ -1/ -3/ 1/+1/+1/ T z =T z1 +T z +T z3 Q=3*/3= 4/3-1/3=1 /3-*1/3=0-1 ++ + 0 rezonanciák
Rezonanciák előállítáa π + +p ütközé hatákereztmetzete: rezonanciacúc rézeckének értelmezzük: ++ π + +n, π +p, π +n reakciókban zintén van rezonancia azono energiánál. rezonanciák:, 0, +, ++ T(π)=1, T(p)=1/ T(π+p) = 1 1/ = 3/ 1/ Ennek a 4 z komponene 938MeV+139MeV+190MeV=167 MeV= =M c +E tkp
A rezonanciák élettartama Heienberg-határozatlanág reláció: a rézecke élettartama*rezonancia zéleége kb. a Planck-állanó τγ=h Az állapot élettartama: τ=h/γ= hc/γc=197 MeVfm/10 MeV c= =1,6fm/3 10 8 m/=0,54 10-3 magfizikai iıkála: egyége amig a fény áthala a nkleonokon t 0 =/v=10-15 m/3 10 8 m/ 3 10-4 A rezonanciák élettartama rövi, néhány iıegyégnyi
A mikrorézeckék tömegpektrma nehéz rézeckék közepe tömeg izopin (T): hány kb. azono tömegő rézeckét feeztek fel az aott tömegnél.