Hadronok, atommagok, kvarkok

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

Bevezetés a részecske fizikába

JÁTSSZUNK RÉSZECSKEFIZIKÁT!

A CERN, az LHC és a vadászat a Higgs bozon után. Genf

CERN: a szubatomi részecskék kutatásának európai központja

Belső szimmetriacsoportok: SU(2), SU(3) és a részecskék rendszerezése, a kvarkmodell alapjai

Bevezetés a részecskefizikába

Atommagok alapvető tulajdonságai

Kvarkok. Mag és részecskefizika 2. előadás Február 24. MRF2 Kvarkok, neutrínók

Theory hungarian (Hungary)

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

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

Megmérjük a láthatatlant


Kozmikus sugárzás a laborban...?

Mikrofizika egy óriási gyorsítón: a Nagy Hadron-ütköztető

A legkisebb részecskék a világ legnagyobb gyorsítójában

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

Részecske- és magfizika vizsgakérdések

Részecskefizikai gyorsítók

Nehézion ütközések az európai Szupergyorsítóban

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

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

Részecskefizika kérdések

A részecskefizika kísérleti eszközei

A Lederman-Steinberger-Schwartz-f ele k et neutrn o ks erlet

Bevezetés a részecskefizikába

Legújabb eredmények a részecskefizikában. I. rész

NA61/SHINE: Az erősen kölcsönható anyag fázisdiagramja

Z bozonok az LHC nehézion programjában

Bevezetés a nehézion-fizikába (Introduction to heavy ion physics)

Magfizika tesztek. 1. Melyik részecske nem tartozik a nukleonok közé? a) elektron b) proton c) neutron d) egyik sem

A RÉSZECSKEFIZIKA ANYAGELMÉLETE: A STANDARD MODELL

Részecskegyorsítókkal az Ősrobbanás nyomában

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

Radioaktivitás. 9.2 fejezet

Az atomhéj (atommag körüli elektronok) fizikáját a kvantumfizika írja le teljes körűen.

Sinkovicz Péter. ELTE, MSc II november 8.

Radioaktivitás és mikrorészecskék felfedezése

Bevezetés a részecskefizikába

Papp Gábor, Németh Judit. Magfizika. egyetemi jegyzet fizika tanár szakos hallgatóknak. 2003, ELTE, Budapest

A nagy hadron-ütköztető (LHC) és kísérletei

A tau lepton felfedezése

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

ELEMI RÉSZECSKÉK ATOMMODELLEK

Milyen eszközökkel figyelhetők meg a világ legkisebb alkotórészei?

forró nyomon az ősanyag nyomában Csörgő Tamás MTA KFKI RMKI

Kvarkok 1. R. P. Feynman

Az atom felépítése Alapfogalmak

NAGY Elemér Centre de Physique des Particules de Marseille

8. AZ ATOMMAG FIZIKÁJA

A részecskefizika eszköztára: felfedezések és detektorok

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

ALICE : A Nagy Ion Ütköztető Kísérlet

Repetitio est mater studiorum

Az atommag összetétele, radioaktivitás

A sötét anyag nyomában. Krasznahorkay Attila MTA Atomki, Debrecen

Bevezetés a részecskefizikába

Bevezetés; Anyag és Energia; Az atomok szerkezete I.

Indul az LHC: a kísérletek

töltéssel rendelkező vagy semleges részecskék kinetikus energiája és (vagy) impulzusa a kondenzált közegek atomjaival ütközve megváltozhat.

Mikrokozmosz világunk építôköveinek kutatása

A testek részecskéinek szerkezete

A kvarkanyag nyomában nagyenergiás nehézion-fizikai kutatások a PHENIX kísérletben

Úton a kvarkok felé. Atommag- és részecskefizika 3. előadás március 1.

Útban a Standard Modell felé

Részecskegyorsítók. Barna Dániel. University of Tokyo Wigner Fizikai Kutatóközpont

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

FIZIKA. Sugárzunk az elégedettségtől! (Atomfizika) Dr. Seres István

A CERN NA61 kísérlet kisimpulzusú részecskedetektorának építése és fizikai analízise

Az atom szerkezete. Az eltérülés ritka de nagymértékű. Thomson puding atom-modellje nem lehet helyes.

Atommodellek de Broglie hullámhossz Davisson-Germer-kísérlet

Az atommag szerkezete

Axion sötét anyag. Katz Sándor. ELTE Elméleti Fizikai Tanszék

Az atommag összetétele, radioaktivitás

Magszerkezet modellek. Folyadékcsepp modell

Az atom felépítése Alapfogalmak

Bevezetés a nehéz-ion fizikába

Thomson-modell (puding-modell)

Részecskék osztályozása, kölcsönhatások, Standard Modell?

BEVEZETÉS A RÉSZECSKEFIZIKÁBA

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

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

F1404 ATOMMAG- és RÉSZECSKEFIZIKA

A mai nap főszereplői. Kvarkok: Közvetítő részecskék. Anyagi részecskék. Leptonok: Ők mind Fermionok (s=1/2) Ők mind Bozonok (s=1)

Miből áll a világunk? Honnan származik? Miért olyan, mint amilyennek látjuk?

Doktori értekezés tézisei

A mai nap főszereplői. Kvarkok: Közvetítő részecskék. Anyagi részecskék. Leptonok: Ők mind Bozonok (s=1) Ők mind Fermionok (s=1/2)

Sugárzások és anyag kölcsönhatása

Rádl Attila december 11. Rádl Attila Spalláció december / 21

Csörgő Tamás MTA KFKI RMKI

Gyorsítók a részecskefizikában

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

A nagyenergiás magfizika kísérleti módszerei

Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez.

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Részecskés-lecsapós játék

BEVEZETÉS A RÉSZECSKEFIZIKÁBA

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Mag- és neutronfizika

Átírás:

Zétényi Miklós Hadronok, atommagok, kvarkok Teleki Blanka Gimnázium Székesfehérvár, 2012. február 21. www.meetthescientist.hu 1 26

Atomok Démokritosz: atom = legkisebb, oszthatatlan részecske Rutherford szórás: az atom pozitív töltésű atommagból és körülötte elkent elektronokból áll Rutherford Bohr Schrödinger Atommodellek: atommag + körülötte keringő elektronok www.meetthescientist.hu 2 26

Atommagok Atommag = protonok + neutronok mi tartja össze? - Magerők Kvantum-elektrodinamika: Elektromágneses k.h. = fotonok cseréje Yukawa-elmélet: Magerők = mezonok cseréje π-mezonok (pionok) felfedezése a kozmikus sugárzásban (1947) www.meetthescientist.hu 3 26

Hadronok Hadronok: erős kölcsönhatásban részt vevő részecskék proton, neutron, pion Új hadronok felfedezése (1947 60-as évek) mezonok (közepesen nehéz részecskék): K, ρ, η, barionok (nehéz részecskék): Λ, Δ, Σ, Ξ, Részecskegyorsítók, proton-proton ütközések Miért van ilyen sokféle? Rendet kellene teremteni közöttük! Ritka részecskék www.meetthescientist.hu 4 26

Kvarkok A hadronok nem elemi részecskék, hanem kvarkokból állnak Barion = 3 kvark Mezon = kvark + antikvark Ritka részecskék: ritka (strange, s) kvarkot tartalmaznak www.meetthescientist.hu 5 26

Elemi részecskék táblázata A kvarkok töltése törtszám (1/3, 2/3) A tömegeket elektronvoltban (ev, MeV, GeV) mérjük tömeg-energia ekvivalencia (E=mc 2 ) c=1 mértékegység rendszer m proton = 0.938 GeV m pion = 0.138 GeV A nem ritka részecskéket u és d kvarkok alkotják A hadronok tömege sokkal nagyobb, mint az őket alkotó kvarkok össztömege www.meetthescientist.hu 6 26

A hadronok rendszerezése Barionok Mezonok 1/2 spin 0 spin (skalár) 3/2 spin 1 spin (vektor) www.meetthescientist.hu 7 26

A hadronok rendszerezése aaa aaaa aaaa Mezonok aaa aaa aaa aaa Barionok Bájos (charm, c) kvarkot is tartalmazó hadronok: térbeli ábrák www.meetthescientist.hu 8 26

Bizonyíték a kvarkok létezésére Mélyen rugalmatlan elektron-proton szórás (1969, SLAC Kalifornia) 20 GeV-es elektronokat lőttek protonokba A proton belsejében kisebb szórócentrumok vannak Ezek töltése 2/3 ill. -1/3 v.ö.: Rutherford szórás www.meetthescientist.hu 9 26

A kvarkok között ható erők A kvantumszíndinamika szerint: A kvarkok közötti kölcsönhatást a gluonok közvetítik Háromféle színtöltés : vörös, zöld, kék mindháromból van + és -, pl. kék antikék Szabadon csak színtelen objektumok létezhetnek A természetben nem látunk 1/2 és 1/3 töltésű részecskéket nincsenek szabad kvarkok Kvarkbezárás - mi az oka? www.meetthescientist.hu 10 26

A kvarkok között ható erők A gluonok is színesek az erővonalak vonzzák egymást Erővonal kötegek (húrok) alakulnak ki A kvarkok közötti vonzóerő független a távolságtól (1 tonna!!!) Az eltávolításhoz szükséges munka = F s Az erővonalkötegben tárolt energia minden határon túl nő (?) www.meetthescientist.hu 11 26

A kvarkok között ható erők Ha a húrban tárolt energia eléri a kvarktömeg kétszeresét Kvark-antikvark pár keletkezik A húr elszakad Két hadron jön létre www.meetthescientist.hu 12 26

Hadronok zsákmodellje Nagyon kis távolságokon (<10-15 m) a kvarkok közötti vonzóerő lecsökken aszimptotikus szabadság Hadron = zsák, melynek belsejében a kvarkok szabadon mozognak, de nem tudnak belőle kiszabadulni (potenciálgödör). www.meetthescientist.hu 13 26

Kvark-gluon plazma A kvarkok mégis kiszabadulhatnak a zsákból (=hadronból), ha a szomszédos zsákok összeérnek nagy (barion)sűrűség összepréseljük a hadronokat magas hőmérséklet rengeteg új hadron (főleg pion) keletkezik, melyek kitöltik a teret Közös nagy zsákban szabadon mozgó kvarkok, antikvarkok (és gluonok) = kvark-gluon plazma Szabad kvarkot továbbra sem látunk! növekvő hőmérséklet www.meetthescientist.hu 14 26

Nehézion ütközések Hogyan hozzunk létre kvark-gluon plzmát? nagy tömegszámú atommagok (nehézionok) ütköztetése Csak a szétrepülő hadronokat tudjuk detektálni Ezekből kell következtetni a kialakult sűrű/forró anyag tulajdonságaira www.meetthescientist.hu 15 26

Nehézion ütközések Au + Au ütközés, 200 GeV energián Egy nukleon energiája 100 GeV (egy NN páré 200 GeV) v.ö.: m N 1 GeV majdnem fénysebességgel mozognak Lorentz kontrakció, palacsinták ütközése www.meetthescientist.hu 16 26

Large Hadron Collider (LHC) = Nagy Hadronütköztető (CERN) www.meetthescientist.hu 17 26

CMS detektor = Compact Muon Solenoid www.meetthescientist.hu 18 26

Az erősen kölcsönható anyag fázisdiagramja Legnagyobb energiájú nehézion ütközések (~TeV, LHC): magas hőmérséklet, de kis barionsűrűség A legnagyobb barionsűrűség kisebb ütközési energiával érhető el (~10 GeV) új gyorsító: SIS 200 (=FAIR), GSI, Németország www.meetthescientist.hu 19 26

FAIR gyorsító (GSI, Darmstadt) FAIR = Facility for Antiproton and Ion Research CBM detektor (Compressed Baryonic Matter) www.meetthescientist.hu 20 26

Ha nem keletkezik kvark-gluon plazma Kisebb energiájú nehézion ütközések (1-2 GeV) Hadronok keveréke keletkezik A hadronok tulajdonságai megváltoznak pl. ρ-mezon tömege mérhető! A ρ-mezon elektron-pozitron párra (is) bomlik Az elektron és pozitron nem hat kölcsön a hadronokkal megőrzi az energiáját és impulzusát (impulzus = lendület) m 2 c 4 = E 2 + p 2 c 2 A ρ-mezon tömege kiszámítható www.meetthescientist.hu 21 26

ρ-mezon tömege Jóslatok: A) A tömeg lecsökken B) A tömegeloszlás módosul Mérés (CERN, NA60, 2005): 158 GeV/nukleon, In+In müon párokat detektáltak (müon nagyobb tömegű elektron) www.meetthescientist.hu 22 26

Köszönöm! www.meetthescientist.hu 23 26