Mágneses monopólusok?

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

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

A Maxwellegyenletek. Elektromágneses térjellemz k: E( r, t) és H( r, t) térer sségek, D( r, t) elektromos eltolás és B( r, t) mágneses indukció.

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

Fizika II minimumkérdések. A zárójelben lévő értékeket nem kötelező memorizálni, azok csak tájékoztató jellegűek.

Időben állandó mágneses mező jellemzése


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

Bevezetés a részecske fizikába

FIZIKA II. Dr. Rácz Ervin. egyetemi docens

A spin. November 28, 2006

Fizika 1 Elektrodinamika beugró/kis kérdések

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

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

A teljes elektromágneses spektrum

Atomok és molekulák elektronszerkezete

Pótlap nem használható!

Hadronok, atommagok, kvarkok

Elektro- és magnetosztatika, áramkörök

2, = 5221 K (7.2)

A kvantummechanika kísérleti előzményei A részecske hullám kettősségről

Mágneses erőtér. Ahol az áramtól átjárt vezetőre (vagy mágnestűre) erő hat. A villamos forgógépek mutatós műszerek működésének alapja

Egyesített funkcionális renormálási csoport egyenlet

Kvantummechanika gyakorlat Beadandó feladatsor Határid : 4. heti gyakorlatok eleje

Az elektromágneses tér energiája

2012. október 23. Csanád Máté, ELTE Atomfizikai Tanszék Részecske- és magfizikai szeminárium 1 / 18

Kvantummechanikai alapok I.

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

Alkalmazott spektroszkópia

Idegen atomok hatása a grafén vezet képességére

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

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

Mágneses mező jellemzése

Compton-effektus. Zsigmond Anna. jegyzıkönyv. Fizika BSc III.

Fizika 1 Elektrodinamika belépő kérdések

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

JÁTSSZUNK RÉSZECSKEFIZIKÁT!

Kvantumos jelenségek lézertérben

A Coulomb-törvény : 4πε. ahol, = coulomb = 1C. = a vákuum permittivitása (dielektromos álladója) elektromos térerősség : ponttöltés tere : ( r)

Alapjelenségek. 1. Elektromos töltések és kölcsönhatásaik. Thalész meggyelése: gyapjúval dörzsölt borostyánk magához vonz, illetve

a térerősség mindig az üreg falára merőleges, ezért a tér ott nem gömbszimmetrikus.

Vezetők elektrosztatikus térben

Elektromosságtan. Farzan Ruszlán SZE, Fizika és Kémia Tsz szeptember 29.

Mindkét oldal divergenciáját véve, és kihasználva a másik E térre vonatkozó egyenletet, Laplace-egyenletet kapunk:

A Relativisztikus kvantummechanika alapjai

A Coulomb-törvény : ahol, = coulomb = 1C. = a vákuum permittivitása (dielektromos álladója) k 9 10 F Q. elektromos térerősség : ponttöltés tere :

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

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

January 16, ψ( r, t) ψ( r, t) = 1 (1) ( ψ ( r,

A mágneses tulajdonságú magnetit ásvány, a görög Magnészia városról kapta nevét.

Magfizika szeminárium

Kvantummechanika. - dióhéjban - Kasza Gábor július 5. - Berze TÖK

Magszerkezet modellek. Folyadékcsepp modell

FIZIKA II. Az áram és a mágneses tér kapcsolata

9. évfolyam. Osztályozóvizsga tananyaga FIZIKA

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

Atommagok alapvető tulajdonságai

Theory hungarian (Hungary)

Axion sötét anyag. Katz Sándor. ELTE Elméleti Fizikai Tanszék

Ψ - 1/v 2 2 Ψ/ t 2 = 0

László István, Fizika A2 (Budapest, 2013) Előadás

Erős terek leírása a Wigner-formalizmussal

Sugárzások és anyag kölcsönhatása

Lagrange és Hamilton mechanika

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

Lendület. Lendület (impulzus): A test tömegének és sebességének szorzata. vektormennyiség: iránya a sebesség vektor iránya.

Az optika tudományterületei

Rádl Attila december 11. Rádl Attila Spalláció december / 21

Atommodellek de Broglie hullámhossz Davisson-Germer-kísérlet

Elektronok, atomok. Általános Kémia - Elektronok, Atomok. Slide 1 of 60

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

Fizika 2 - Gyakorló feladatok

A legkisebb részecskék a világ legnagyobb gyorsítójában

Kifejtendő kérdések június 13. Gyakorló feladatok

egyetemi állások a relativitáselmélet általánosítása (1915) napfogyatkozás (1919) az Einstein-mítosz (1920-tól) emigráció 1935: Einstein-Podolsky-

Mágneses mező jellemzése

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


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

Z bozonok az LHC nehézion programjában

Elektromágneses hullámok

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

Beugró kérdések. Elektrodinamika 2. vizsgához. Számítsa ki a gradienst, divergenciát és a skalár Laplace operátort henger koordinátákban!

SCHRÖDINGER-EGYENLET SCHRÖDINGER-EGYENLET

Optika és Relativitáselmélet II. BsC fizikus hallgatóknak

2015/16/1 Kvantummechanika B 2.ZH

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

Pere Balázs október 20.

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

Q 1 D Q 2 (D x) 2 (1.1)

A gamma-sugárzás kölcsönhatásai

Elektromos alapjelenségek

Részecske azonosítás kísérleti módszerei

Megmérjük a láthatatlant

1 kérdés. Személyes kezdőlap Villamos Gelencsér Géza Simonyi teszt május 13. szombat Teszt feladatok 2017 Előzetes megtekintés

Reciprocitás - kvantumos és hullámjelenségek egy szimmetriája

1. ábra. 24B-19 feladat

Optika gyakorlat 6. Interferencia. I = u 2 = u 1 + u I 2 cos( Φ)

AJÁNLOTT IRODALOM. A tárgy neve Meghirdető tanszék(csoport) Felelős oktató:

Kirchhoff 2. törvénye (huroktörvény) szerint az áramkörben levő elektromotoros erők. E i = U j (3.1)

Átírás:

1 Mágneses monopólusok? (Atomcsill 2015 február) Palla László ELTE Elméleti Fizikai Tanszék

2 Maxwell egyenletek potenciálok, mértéktranszformáció legegyszerűbb e.m. mezők A klasszikus e g rendszer A monopólus vektorpotenciálja klasszikus elméletben kvantummechanikában A Dirac féle kvantálási feltétel Monopólusok mértékelméletekben Kísérleti monopólus kutatás

3 Vektoranalizis és koordinátarendszerek összefoglalás v = (v x,v y,v z ) = v x i+v y j+v z k v x,y,z (r,t) r = (x,y,z) = ( x, y, z ) divv v = x v x + y v y + z v z rotv = v Φ(r,t) függvény gradφ Φ = ( Φ x, Φ y, Φ z gömbkoordináta rendszer r θ ϕ 0 r 0 θ π 0 ϕ 2π ) e r r r = (cosϕsinθ,sinϕsinθ,cosθ) e θ = (cosθcosϕ,cosθsinϕ, sinθ) e ϕ = ( sinϕ,cosϕ,0) v = v r e r +v θ e θ +v ϕ e ϕ

4 A Maxwell egyenletek elektromágneses mező E B (r, t) függvényei ME vákuumban Gauss törvény dive = 4πρ (II) mágneses monopólus divb = 0 (IV) gerjesztési törvény indukció törvény rotb = 4π c j+1 c E t rote = 1 c B t (I) (III) ρ, j (töltés, áram s.) források nélkülük E, B B, E szimmetria relativisztikusan invariáns e.m. hullámok (fény) 10 16 cm-ig

5 Az elektromágneses potenciálok Φ(r, t) A(r, t) írjuk (III) és (IV) megoldásait B = rota E = gradφ 1 A c t Φ A nem egészen fizikai mértéktranszformáció A A+gradχ(r,t) Φ Φ 1 c χ t E B nem változik töltött részecske mozgás egyenlete m r = ee+ e cṙ B de L = m 2 (ṙ)2 + e c A ṙ eφ H = 1 ( p e ) 2 2m c A +eφ igy kvantummechanikában a potenciálok jelennek meg p = L ṙ = mṙ+ e c A

6 dive = 4πρ divb = 0 rotb = 4π c j+1 c E t E forrásai töltések B forrásai áramok rote = 1 c B t ponttöltés E(r) = e(r r 0) r r 0 3 1 r 2 Φ(r) = e 4π r r 0 kis áram hurok m = I c f B(r) = ( 3(m r)r r 5 m r 3 ) 1 r 3 A = m r r 3 elektromos dipólus p = ed E = B(m p) Φ = (p r) E B + 4πr 3 I monopólus olyan B(r) mint ponttöltés E(r)-je de B = rota

7 A klasszikus e g rendszer nem rel. mozgás egyenlet dl dt m r = a megmaradó mennyiség: e cṙ B = eg cr 3ṙ r m = m em g m e +m g eg = mr r = r(r ṙ) ṙr 2) cr 3( = eg c J = L eg c ( rr ) r(t) relativ táv. L = mr ṙ és d dt ( r r ) 0 E = 1 2 m(ṙ)2 ṙ 0 megoldásra ( nyugalomban) J = eg ( ) rr c 0 a töltés monopólus rendszer elektromágneses terének impulzus momentuma imp. sűrűség i = 4πc 1 ( ) E B mi lesz J = eg ( ) rr c -vel a kvantummechanikában? J = konst. nem sikmozgás hanem J körüli kúp palástján cotgα = eg c L

A monopólus vektorpotencálja 8

A monopólus vektorpotencálja ötlet: félvégtelen végtelen vékony tekercs vége A(r) = g r n = (0,0,1) n r r (n r)

A monopólus vektorpotencálja ötlet: félvégtelen végtelen vékony tekercs vége A(r) = g r n = (0,0,1) A = g r n r r (n r) sinθ 1 cosθ e ϕ = g r 1+cosθ sinθ e ϕ = g r cotgθ 2 e ϕ rota = g r 2e r

A monopólus vektorpotencálja ötlet: félvégtelen végtelen vékony tekercs vége A(r) = g r n = (0,0,1) A = g r n r r (n r) sinθ 1 cosθ e ϕ = g r 1+cosθ e ϕ = g sinθ r cotgθ 2 e ϕ rota = g r 2e r θ 0 : θ = π : 0 igy θ 0

A monopólus vektorpotencálja ötlet: félvégtelen végtelen vékony tekercs vége A(r) = g r n = (0,0,1) A = g r A = g r n r r (n r) sinθ n = (0,0, 1) 1 cosθ e ϕ = g r sinθ 1+cosθ e ϕ = g r 1+cosθ e ϕ = g sinθ r cotgθ 2 e ϕ rota = g r 2e r θ 0 : θ = π : 0 igy θ 0 θ = 0 : 0 θ π : igy θ π 1+cosθ sinθ e ϕ = g r tgθ 2 e ϕ rota = g r 2e r

A monopólus vektorpotencálja ötlet: félvégtelen végtelen vékony tekercs vége A(r) = g r n = (0,0,1) A = g r A = g r n r r (n r) sinθ n = (0,0, 1) 1 cosθ e ϕ = g r sinθ 1+cosθ e ϕ = g r 1+cosθ e ϕ = g sinθ r cotgθ 2 e ϕ rota = g r 2e r θ 0 : θ = π : 0 igy θ 0 θ = 0 : 0 θ π : igy θ π 1+cosθ sinθ e ϕ = g r tgθ 2 e ϕ rota = g r 2e r A = A 2g rsinθ e ϕ = A ϕ (2gϕ) mértéktranszf. köti össze

A(r) ért. tart. D A (r) ért. tart. D Z Z Dirac szál θ = 0-ban θ = π-ben D D lefedi R 3 -t mindenhol B = g r r 2 r mértéktranszformáció D D -ben újdonság D D Dirac véto kérdése érdektelenné válik 9

Kvantummechanika 10

Kvantummechanika ψ(r, t) hullámfüggvény i ψ t eφψ = 1 2m Schrödinger egyenlet külső e.m. térben ( i e c A )2 ψ

Kvantummechanika ψ(r, t) hullámfüggvény i ψ t eφψ = 1 2m Schrödinger egyenlet külső e.m. térben ( i e c A )2 ψ alapvető fázis szabadság ψ e iγ(r,t) ψ 0 nincs fizikai következménye

ψ(r, t) hullámfüggvény Kvantummechanika i ψ t eφψ = 1 2m Schrödinger egyenlet külső e.m. térben ( i e c A )2 ψ alapvető fázis szabadság ψ e iγ(r,t) ψ 0 nincs fizikai következménye ψ 0 (r,t) is Schrödinger e. de Φ Φ+ c e 1 γ c t A A c e γ magyarázat a mértéktranszformációra! D D -ban

ψ(r, t) hullámfüggvény Kvantummechanika i ψ t eφψ = 1 2m Schrödinger egyenlet külső e.m. térben ( i e c A )2 ψ alapvető fázis szabadság ψ e iγ(r,t) ψ 0 nincs fizikai következménye ψ 0 (r,t) is Schrödinger e. de Φ Φ+ c e 1 γ c t A A c e γ magyarázat a mértéktranszformációra! D D -ban c e γ = 2gϕ e iγ(r,t) = exp ( i 2ge c ϕ)

Kvantummechanika ψ(r, t) hullámfüggvény i ψ t eφψ = 1 2m Schrödinger egyenlet külső e.m. térben ( i e c A )2 ψ alapvető fázis szabadság ψ e iγ(r,t) ψ 0 nincs fizikai következménye ψ 0 (r,t) is Schrödinger e. de Φ Φ+ c e 1 γ c t A A c e γ magyarázat a mértéktranszformációra! D D -ban c e γ = 2gϕ e iγ(r,t) = exp ( i 2ge c ϕ) de ϕ = 0 és ϕ = 2π ugyanaz a pont exp ( i 2ge c 2π) = 1 azaz ge c = N 2 N Z Dirac kvantálási feltétel

11 ge c = N 2 N Z Dirac kvantálási feltétel

ge c = N 2 N Z e elektron töltése Dirac kvantálási feltétel e 2 c α 1 137 g értékei g = 68.5e, 137e,...

ge c = N 2 N Z e elektron töltése Dirac kvantálási feltétel e 2 c α 1 137 g értékei g = 68.5e, 137e,... e g rendszer e.m. imp. mom. J = eg c r r J = eg c = N 2

ge c = N 2 N Z e elektron töltése Dirac kvantálási feltétel e 2 c α 1 137 g értékei g = 68.5e, 137e,... e g rendszer e.m. imp. mom. J = eg c r r J = eg c = N 2 ha van monopólus és kv.mech. igaz minden részecskére minden részecske töltése e = 2g c többszöröse töltéskvantálás ezt látjuk proton, müon, pion, stb. töltése = ± e

ge c = N 2 N Z e elektron töltése Dirac kvantálási feltétel e 2 c α 1 137 g értékei g = 68.5e, 137e,... e g rendszer e.m. imp. mom. J = eg c r r J = eg c = N 2 ha van monopólus és kv.mech. igaz minden részecskére minden részecske töltése e = 2g c többszöröse töltéskvantálás ezt látjuk proton, müon, pion, stb. töltése = ± e kvarkok tört töltésűek 2e/3 e/3 szintöltésük is van csak hadronokban léteznek, szabadon nem sértetlen szimm. U(1) em SU(3) }{{ szin Q töltésmátrix } H Dirac kv. feltétel exp ( i 2gQ c 2π) = k H centruma 1/3-t magyarázza

ge c = N 2 N Z e elektron töltése Dirac kvantálási feltétel e 2 c α 1 137 g értékei g = 68.5e, 137e,... e g rendszer e.m. imp. mom. J = eg c r r J = eg c = N 2 ha van monopólus és kv.mech. igaz minden részecskére minden részecske töltése e = 2g c többszöröse töltéskvantálás ezt látjuk proton, müon, pion, stb. töltése = ± e kvarkok tört töltésűek 2e/3 e/3 szintöltésük is van csak hadronokban léteznek, szabadon nem sértetlen szimm. U(1) em SU(3) }{{ szin Q töltésmátrix } H Dirac kv. feltétel exp ( i 2gQ c 2π) = k H centruma 1/3-t magyarázza Dirac monopólus pontszerű ( belső szerk.) tömege szabad paraméter

12 napjaink elméleti részecskefizikája Nem Abeli Mérték Elméletek több foton -szerű mező W ± Z gluonok nem lineáris egyenletek NAME nem Noether féle topológiai töltések kvantálást túlélik QF T új szektorok legkisebb energia/tömeg megoldások véges méretű monopólusok érdekes belső szerkezet véges energia/tömeg számolható M NAME spontán sértéssel tömegskála m W M m W α 137m W egyszerű modell NAME + skalármező 0 tömeggel monopólusok között erő Coulomb taszítás + skalár csere kiejtés sztatikus multimp-k léteznek szoliton elméleti módszerek 1MP gömbszimm. multi MP tengely szimm. összes MP egy helyen

13 Az 5 monopólus energiasűrűsége Széthúzott 2 MP tengelyszimm. nincs szimmetriája

14 Kísérleti monopol kutatás gyorsítós kísérletek M P MP párkeltés ionizációs kísérletek (kozmikus sugárzás) szupravezető áram hurok M MP 10 20m p ionizációs kísérletek: g töltésű v seb. MP külső e.m. térben erő F = gb g cv E ionizáló képesség közeg e töltéseire mozgó MP keltette E F v ge c b 2 b ütközési paraméter MP átadott impulzus q = F t F 2b v 2ge cb nem függ v -től átadott energia E = ( q)2 2m hosszegységre jutó energiaveszteség de dl = 4πe2 g 2 n mc 2 ln b max b min e 1 töltésé de t dl = 4πe2 e 2 1 n mv 2 ln b max b min 1 v 2 v független g 68,5e 137e... ionizációs nyomok különböznek MP azonosítható

15 L. Pinski et al. PRL 35 (1975) 487 léggömbös kozmikus sugárzás detektálás egy monopol szerű nyom g 137e -el utóbb kiderült 2c/3 -al mozgó Au mag is lehetett nem bizonyíték szupravezető áram hurok: ha MP áthalad szupravezető hurkon áram indukálódik MP és szupravezető kv. állapot közötti hosszú távú kh.-on független MP tömegtől seb.-től csak mágneses töltésre érzékeny szupravezetés min. fluxus Φ 0 = 2e c g töltésű MP fluxusa 2Φ 0 N I(t) = Φ ( ) { 2Φ0 0 γvt L 1+ [(γvt) 2 +R 2 ] 1/2 L t 0 t kar. idő t γv R

16 (B. Cabrera) 4 menetes 5 cm átmérőjű tekercs SQUID magnetométerhez csatolva mágnesesen izolálva elemi Dirac MP 8Φ 0 ugrás (4 2) egy esemény