Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal

Hasonló dokumentumok
Inhomogén párkeltés extrém erős terekben

Van-e a vákuumnak energiája? A Casimir effektus és azon túl

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (e) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: december 3. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Rádl Attila december 11. Rádl Attila Spalláció december / 21

Elektrodinamika. Maxwell egyenletek: Kontinuitási egyenlet: div n v =0. div E =4 div B =0. rot E = rot B=

Kvantumos jelenségek lézertérben

Úton az elemi részecskék felé. Atommag és részecskefizika 2. előadás február 16.

Gyorsítók. Veszprémi Viktor ATOMKI, Debrecen. Supported by NKTH and OTKA (H07-C 74281) augusztus 17 Hungarian Teacher Program, CERN 1

Gyorsítók. Veszprémi Viktor ATOMKI, Debrecen. Supported by OTKA MB augusztus 16. Hungarian Teacher Program, CERN 1

Pósfay Péter. arxiv: [hep-th] Eur. Phys. J. C (2015) 75: 2 PoS(EPS-HEP2015)369

Foton-visszhang alapú optikai kvantum-memóriák: koherens kontroll optikailag sűrű közegben

Kvantummechanika gyakorlat Beadandó feladatsor Határid : 4. heti gyakorlatok eleje

Hadronok, atommagok, kvarkok


A gamma-sugárzás kölcsönhatásai

Fluktuáló terű transzverz Ising-lánc dinamikája

Bevezetés a részecske fizikába

Idegen atomok hatása a grafén vezet képességére

Egzakt hidrodinamikai megoldások alkalmazása a nehézionfizikai fenomenológiában néhány új eredmény

-2σ. 1. A végtelen kiterjedésű +σ és 2σ felületi töltéssűrűségű síklapok terében az ábrának megfelelően egy dipól helyezkedik el.

NA61/SHINE: Az erősen kölcsönható anyag fázisdiagramja

Z bozonok az LHC nehézion programjában

Puskin utcai kvarkok. A kvarkfizika második korszaka ( )

Doktori értekezés tézisei

JÁTSSZUNK RÉSZECSKEFIZIKÁT!

SZTE Elméleti Fizikai Tanszék. Dr. Czirják Attila tud. munkatárs, c. egyetemi docens. egyetemi docens. Elméleti Fizika Szeminárium, december 17.

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

Radiokémia vegyész MSc radiokémia szakirány Kónya József, M. Nagy Noémi: Izotópia I és II. Debreceni Egyetemi Kiadó, 2007, 2008.

Kifejtendő kérdések június 13. Gyakorló feladatok

Theory hungarian (Hungary)

1. ábra. 24B-19 feladat

Elektromos alapjelenségek

Klasszikus és kvantum fizika

Elektron-gyorsítás Alfvén-hullám impluzusok által aktív galaxismagokban

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

A +Q töltés egy L hosszúságú egyenes szakasz mentén oszlik el egyenletesen (ld ábra ábra

FIZIKA II. Dr. Rácz Ervin. egyetemi docens

Mágneses monopólusok?

A v n harmonikusok nehézion-ütközésekben

Atommagok alapvető tulajdonságai


Antirészecskék. I. rész

AZ ELEKTRON MÁGNESES MOMENTUMA. H mágneses erœtérben az m mágneses dipólmomentummal jellemzett testre M = m H forgatónyomaték hat.

Kvarkok. Mag és részecskefizika 2. előadás Február 23. MRF2 Kvarkok, neutrínók

Gyakorlat 30B-14. a F L = e E + ( e)v B képlet, a gravitációs erőt a (2.1) G = m e g (2.2)

11. tétel - Elektromágneses sugárzás és ionizáló sugárzás kölcsönhatása kondenzált anyaggal, áthatolóképesség, záporjelenségek.

Pótlap nem használható!

Zitterbewegung. általános elmélete. Grafén Téli Iskola Dávid Gyula ELTE TTK Atomfizikai Tanszék

A részecskefizika kísérleti eszközei

az Aharonov-Bohm effektus a vektorpotenciál problémája E = - 1/c A/ t - φ és B = x A csak egy mértéktranszformáció erejéig meghatározott nincs fizikai

Wavelet transzformáció

Elemi részecskék, kölcsönhatások. Atommag és részecskefizika 4. előadás március 2.

Fizika 1 Elektrodinamika beugró/kis kérdések

Fermi Dirac statisztika elemei

Kvantumos információ megosztásának és feldolgozásának fizikai alapjai

BKT fázisátalakulás és a funkcionális renormálási csoport módszer

Megmérjük a láthatatlant

Atomok és fény kölcsönhatása a femto- és attoszekundumos időskálán

Egyesített funkcionális renormálási csoport egyenlet

A legkisebb részecskék a világ legnagyobb gyorsítójában

Kvantum termodinamika

2, = 5221 K (7.2)

Koherens lézerspektroszkópia adalékolt optikai egykristályokban

Gépészmérnöki alapszak, Mérnöki fizika 2. ZH, december 05. Feladatok (maximum 3x6 pont=18 pont)

Hegedüs Árpád, MTA Wigner FK, RMI Elméleti osztály, Holografikus Kvantumtérelméleti csoport. Fizikus Vándorgyűlés Szeged,

A spin. November 28, 2006

Kvantummechanikai alapok I.

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

Gyorsítók. Veszprémi Viktor Wigner Fizikai Kutatóközpont OTKA NK augusztus 12. Hungarian Teacher Program, CERN 1

Gyorsítók. Veszprémi Viktor ATOMKI, Debrecen. Supported by OTKA MB augusztus 18. Hungarian Teacher Program, CERN 1

Kutatási terület. Szervetlen és szerves molekulák szerkezetének ab initio tanulmányozása


Egyszabadságfokú grejesztett csillapított lengõrendszer vizsgálata

3. (b) Kereszthatások. Utolsó módosítás: április 1. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

= Φ B(t = t) Φ B (t = 0) t

Csillapított rezgés. a fékező erő miatt a mozgás energiája (mechanikai energia) disszipálódik. kváziperiódikus mozgás

Tárgymutató. dinamika, 5 dinamikai rendszer, 4 végtelen sok állapotú, dinamikai törvény, 5 dinamikai törvények, 12 divergencia,

Munkagázok hatása a hegesztési technológiára és a hegesztési kötésre a CO 2 és a szilárdtest lézersugaras hegesztéseknél

Vezetők elektrosztatikus térben

Bevezetés a részecskefizikába

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (b) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: november 9. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Bevezetés a részecskefizikába

Fizika 2 - Gyakorló feladatok

OTKA T Tematikus OTKA Pályázat Zárójelentés. Kvantumszíndinamikai effektusok vizsgálata relativisztikus nehézion ütközésekben

Atomfizika. A hidrogén lámpa színképei. Elektronok H atom. Fényképlemez. emisszió H 2. gáz

Előadás menete. Magfúzióból nyerhető energia és az energiatermelés feltétele. Fúziós kutatási ágazatok

Kvantum renormálási csoport a

Dekoherencia Markovi Dinamika Diósi Lajos. Elméleti Fizikai Iskola Tihany, augusztus szeptember 3.

a Bohr-féle atommodell (1913) Niels Hendrik David Bohr ( )

Axion sötét anyag. Katz Sándor. ELTE Elméleti Fizikai Tanszék

KVANTUMJELENSÉGEK ÚJ FIZIKA

TestLine - Fizika 8. évfolyam elektromosság alapok Minta feladatsor

Az alábbi fogalmak és törvények jelentését/értelmezését/matematikai alakját (megfelelő mélységben) ismerni kell: Newtoni mechanika

Részecskefizika kérdések

Biofizika. Sugárzások. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? Biológiai jelenségek fizikai leírása/értelmezése

Rezgés, Hullámok. Rezgés, oszcilláció. Harmonikus rezgő mozgás jellemzői

azonos sikban fekszik. A vezetőhurok ellenállása 2 Ω. Számítsuk ki a hurok teljes 4.1. ábra ábra

Magfizika szeminárium

Abszorpciós spektrumvonalak alakja. Vonalak eredete (ld. előző óra)

Átírás:

Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal Berényi Dániel 1, Varró Sándor 1, Vladimir Skokov 2, Lévai Péter 1 1, MTA Wigner FK, Budapest 2, RIKEN/BNL, Upton, USA Wigner 115 2017. November 15. Budapest Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 1 / 24

A párkeltés elo zményei Dirac elektromágnességre vonatkozó kvantumelmélete tartalmazott néhány furcsaságot: Oskar Klein vette észre, hogy egy potenciál gátról visszavero do részecske energiája esetenként nagyobb is lehet, mint ami az ütközés elo tt volt. Berényi Dániel ( Wigner FK ) Ero s terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 2 / 24

A párkeltés előzményei Dirac elektromágnességre vonatkozó kvantumelmélete tartalmazott néhány furcsaságot: E pozitív energiás állapotok Fritz Sauter rájött, hogy ha a potenciál gát elég meredek, akkor az elméletben akkor is lesz visszavert részecske, ha bemenő nincs is! mc 2 -mc 2 E mc 2 -mc 2 negatív energiás állapotok pozitív energiás állapotok x negatív energiás állapotok x Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 3 / 24

A párkeltés előzményei Amikor a kvantumelektrodinamika megszületett, Julian Schwinger számolta ki a konstans elektromos tér esetére a vákuumból történő elektron-pozitron párkeltés valószínűségét: P e + e = e2 E 2 4π 3 n=1 ) 1 ( π n 2 exp nm2 ee Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 4 / 24

Hol jöhet létre párkeltés? Egzotikus lehetőségek: Kompakt asztrofizikai objektumok közelében (fekete lyukak, magnetárok), ahol a gravitáció növeli a párkeltés valószínűségét Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 5 / 24

Hol jöhet létre párkeltés? Nagyon erős lézerterek keresztezésekor! Egy összefoglaló az üzemelő és tervezett létesítményekről: A. Di Piazza et. al, Rev. Mod. Phys. vol. 84, (2012) 1177 Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 6 / 24

Hol jöhet létre párkeltés? Az e - e + párkeltésnek van egy analógja az erős kölcsönhatás esetében is, ahol erős gluon térből jöhetnek lérte kvark-antikvark párok: q q q q q q q q A kvark potenciál olyan, hogy ha egy q q pár távolodik egymástól, akkor a kölcsönhatás újabb és újabb párokat kelt, amíg el nem fogy a mezőben tárolt energia. Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 7 / 24

Hol jöhet létre párkeltés? A kvark-antikvark párkeltéshez szintén nagyon erős terekre van szükség, ilyenek csak a legnagyobb részecskegyorsítókban (mint például a Nagy Hadronütköztetőben) létrehozott ütközésekben jöhetnek létre: Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 8 / 24

A párkeltés általános leírása Klasszikus fizikai rendszereket gyakran a fázistérben érdemes leírni: Inga Időfejlődés Sebesség Pozíció Fázistér Amplitudó Idő Pozíció Sebesség Kvantum rendszerek esetén nehezebb a feladat, mert a Heisenberg-féle határozatlansági reláció nem engedi a pozíció és a sebesség egyidejű teljesen pontos ismeretét. Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 9 / 24

A párkeltés általános leírása A kvantum rendszerek fázistérbeli leírására a Wigner-függvény ad lehetőséget: Egy n=5 Fock állapot Wigner függvénye. Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 10 / 24

Wigner-függvény Hogyan definiáljuk? A párkeltéshez a relativisztikus Wigner-függvényre van szükségünk, ez a hullámfüggvényből építhető fel: ˆρ( x, s, t) = e ig [ 1/2 A( x+λ s,t) sdλ 1/2 Ψ( x + s 2, t), Ψ( x ] s 2, t) (1) Vegyük a vákum várhatóértéket. Fourier-transzformáljuk a különbség koordináta szerint: W ( x, p, t) = 1 e i p s Ω ˆρ( x, s, t) Ω d 3 s (2) 2 Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 11 / 24

A Wigner-függvény mozgásegyenlete Ha az időfejlődésre vagyunk kíváncsiak, meg kell oldanunk a mozgásegyenleteket! 16 csatolt differenciál-egyenlet: D t s 2P t1 =0 (3) D t p + 2P t2 =2ma0 (4) D t v0 + D x v =0 (5) D t a0 + D x a =2mp (6) D t v + D x v0 + 2P a = 2m t 1 (7) D t a + D x a0 + 2P v =0 (8) D t t1 + D x t2 + 2Ps =2m v (9) D t t2 D x t1 2Pp =0 (10) Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 12 / 24

Megfigyelhető mennyiségek a Wigner függvényből Néhány komponensnek mérhető mennyiségeknek felelnek meg: s: Tömegsűrűség v0: Töltéssűrűség v: Áramsűrűség p v + ms: Energia sűrűség a: Spinsűrűség Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 13 / 24

Időfüggő inhomogén elektromos tér Az egyik érdekes eset, amikor helytől és időtől is függő elektromos teret kapcsolunk a vákumra: 1 0.9 0.7 0.8 0.6 0.7 Amplitudó 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 Elektromos térerősség [E cr ] 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.1 0-6 -4-2 0 2 4 6 Idő 0-10 -5 0 5 10 Transzverz pozíció [λ c ] D. Berényi et al, Physics Letters B, Vol 749, pp. 210-214, DOI: 10.1016/j.physletb.2015.07.074. Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 14 / 24

Időfüggő inhomogén elektromos tér Pár sűrűség (f) p T =0 0.02 0.015 0.01 0.005 0 0 2 4 Transzverz pozíció (x) [λ c ] 6 8 104 2 0 2 (p z ) [m/c] 4 Longitudinális impulzus Pár sűrűség (f) T=0 p 0.04 0.03 0.02 0.01 0 0.01 0 2 4 Transzverz pozíció (x) [λ c ] 6 8 104 2 4 2 0 Longitudinális impulzus (p z ) [m/c] Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 15 / 24

Időfüggő inhomogén elektromos tér Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 16 / 24

Időfüggő inhomogén elektromos tér Mennyiben tér el a transzverz spektrum a homogén modellekhez képest? Gauss-iság: Ae βp2 x, ahol βschwinger = 6.6, β Sauter = 4.3, β InHom = 2.6 Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 17 / 24

Időfüggő inhomogén elektromos tér Integrált részecskeszám: 0.04 Longitudinal density (n L ) 0.03 0.02 0.01 0 0 1 2 3 4 5 Flux tube radius (R) [λ c ] Ugyan az a meredekség: a párkeltés igazából egy felszíni effektus! Ezt Heisenberg megjósolta 1934-ben! W. Heisenberg, Sachsiche Akademie der Wissenschaften, Vol. 86, p. 317 (1934) Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 18 / 24

A Királis Mágneses Effektus Nem-centrális nehézion-ütközésekben létrejöhet elektromos áram az ütközési irányra merőlegesen, ami az erőskölcsönhatás egy váratlan jóslata: Háttér: nagyon erős mágneses tér a töltött ionok elhaladása miatt Erős gluon tér a nagyenergiájú ütközésben Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 19 / 24

A Királis Mágneses Effektus D. E. Kharzeev, L. D. McLerran and H. J. Warringa, Nucl. Phys. A 803, 227 (2008). Az erős mágneses tér hatására a részecskék a spinjük szerint rendeződnek, majd amikor kölcsönhatnak a QCD terekkel, akkor átfordulhat a kiralitásuk, amely töltésszétválasztódáshoz vezet. Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 20 / 24

A Királis Mágneses Effektus A Wigner-függvény segítségével ez a folyamat is modellezhető, és a különböző komponensek időfejlődése jól tükrözi az események várt lefolyását: Térerősség és áramok 0.01 0.009 0.008 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0 Külső térerősség Axiális áram Axiális töltés Elektromos áram -2 0 2 4 6 8 Idő [λ c ] Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 21 / 24

A Királis Mágneses Effektus Továbbá jóslatot tudtunk tenni az effektus energia függésére is: Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 22 / 24

Összefoglalás A Wigner-függvény egy igen hasznos eszköz a nagyenergiás lézerfizikai és részecskefizikai folyamatok leírására. A Wigner-függvény időfejlődése, bár bonyolult, a mai számítástechnikai eszközökkel már jól kezelhető. Példaként az inhomogén elektromos térben történő párkeltést és a királis mágneses effektus leírását láthattuk. D. Berényi et al, Physics Letters B, Vol 749, pp. 210-214, DOI: 10.1016/j.physletb.2015.07.074. (2015) D. Berényi, P. Lévai, arxiv:1707.03621 (2017) Támogatók: Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal K120660 és K123815 Wigner GPU Labor: gpu.wigner.mta.hu Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 23 / 24

Köszönöm a figyelmet! A királis mágneses áram anomális komponense a fázistérben. Berényi Dániel ( Wigner FK ) Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal 2017. November 15. 24 / 24