ΕΝΕΡΓΟΣ ΔΙΑΤΟΜΗ ΤΟΥ ΣΩΜΑΤΙΔΙΟΥ W

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΕΝΕΡΓΟΣ ΔΙΑΤΟΜΗ ΤΟΥ ΣΩΜΑΤΙΔΙΟΥ W"

Ευπραξία Παπανικολάου
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΕΝΕΡΓΟΣ ΔΙΑΤΟΜΗ ΤΟΥ ΣΩΜΑΤΙΔΙΟΥ W ΧΡΥΣΑΝΘΗ ΜΟΝΗ Α.Ε.Μ. : ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 17/05/11

2 Τι είναι και πότε ανακαλύφθηκε το μποζόνιο W Το μποζόνιο Wείναι ένα από τα στοιχειώδη σωμάτια που μεταδίδουν την ασθενή αλληλεπίδραση ανακαλύφθηκε στο CER το 1983 μεγάλη επιτυχία για το standar modl Το Wείναι υπεύθυνο η φύση έχει προτίμηση προσανατολισμού δεξιά-αριστερά η φυσική της αντι-ύλης είναι ανεπαίσθητα διαφορετική από τη φυσική του κόσμου που βλέπουμε γύρω μας και που αποτελείται από ύλη.

3 Το σωματίδιο W είναι πολύ βαρύ Τι σημαίνει αυτό? α)οι επιδράσεις του έχουν πολύ μικρό βελινικές β)είναι πολύ ασθενείς Η επίδρασή τους δυσδιάκριτη αλλά σημαντική! Π.χ. μετατρέπει ένα ηλεκτρόνιο σε νετρίνο ή ένα «κάτω» κουάρκ σε ένα «άνω» κουάρκ σημαντικό για πυρηνική σύντηξη αφού αυτή εμπεριέχει την μετατροπή πρωτονίων σε νετρόνια. γ)παρέχει το μόνο κατοχυρωμένο μηχανισμό που επιτρέπει τη διαφορετική εξέλιξη της ύλης και της αντιύλης.

4 Χρόνος ημιζωής : sc Υπάρχουν 2 είδη μποζονίων Wμε ηλεκτρικό φορτίο +1 και -1. Το W + είναι το αντισωματίδιο του W -. Μάζα του W περίπου 80 GV/c 2 spin w =1

5 Παραγωγή σωματιδίου W Τα σωματίδια W παράγονται με διάφορους τρόπους κατά τις συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου στον LHCή πρωτονίου-αντιπρωτονίου σε άλλους επιταχυντές. Διαγράμματα Fynman για παραγωγή W σε συγκρουστήρα πρωτονίουαντιπρωτονίου: α)

6 β) Υπάρχουν και διαγράμματα Fynman στα οποία τακουάρκ εκπέμπουν σωματίδια W. ένα up κουάρκ μετατρέπεται σε down κουάρκ εκπέμποντας ένα σωματίδιο W +

7 ένα αντι-άνω κουάρκ μετασχηματίζεται σε αντι-κάτω κουάρκ εκπέμποντας ένα W -

8 Διασπάσεις των σωματιδίων W Το σωματίδιο W είναι βαρύ (80,4 GV/c 2 ) και διασπάται άμεσα μετά την παραγωγή του. Τα δύο τρίτα των διασπάσεών του οδηγούν σε παραγωγή ζεύγους κουάρκ και αντικουάρκ Το ένα τρίτο των διασπάσεων οδηγεί σε ζευγάρι λεπτονίου και νετρίνο. Επομένως, τα τρία τα τρία λεπτόνια ηλεκτρόνιο, μιόνιο και ταυ παρουσιάζονται με ίσες πιθανότητες Το ταυ διασπάται πριν προλάβει να ανιχνευθεί

9 Διαγράμματα Fynman για διάσπαση του W Το W + διασπάται σε ένα ποζιτρόνιο και ένα ηλεκτρονικό νετρίνο και σε ένα αντιμιόνιο και ένα μιονικό νετρίνο α) β)

10 Tο W - διασπάται σε ένα ηλεκτρόνιο και ένα ηλεκτρονικό αντινετρίνο καθώς και σε ένα μιόνιο και ένα μιονικό αντινετρίνο. γ) δ)

11 Ενεργός διατομή του W Η ενεργός διατομή για μια συγκεκριμένη πυρηνική αντίδραση, εκφράζει την πιθανότητα να συμβεί αυτή η αντίδραση για μια δεδομένη πυκνότητα δέσμης βλημάτων Μετριέται σε barn(1 barn=10-24 cm 2 ). Η πιθανότητα να γίνει μια σύγκρουση σ έναν συγκρουστήρα είναι σχεδόν ίδια με την πιθανότητα να γίνει σύγκρουση σ έναν ppσυγκρουστήρα, δηλαδή σ σpp 80mb pp Η πιθανότητα να παραχθεί W, σ έναν ppσυγκρουστήρα είναι σ pp wbr = 10 nb η παραγωγή του σωματιδίου Wείναι πολύ σπάνια.

13 u+d Η ενεργός διατομή της σχέσης W + + +ν, μ + +ν μ στην οποία παράγεται ένα μποζόνιο Wσε ηρεμία, στον συγκρουστή του CER, δίνεται από τον τύπο συντονισμών των Brit Wignr: + σ( ud W + ) = v 1 c (2s d + 1)(2s 2 4πD Γ u ud Γ v / 4 + 1)[( E M W ) 2 +Γ 2 (2J+ 1) / 4] 3 Ε= αναλλοίωτη μάζα του συστήματος u d, D=2/E το μήκος κύματος d Brogliτων συγκρουόμενων σωμάτων στο σύστημα κέντρου ορμής Γ, Γ, Γ v το ολικό και τα επιμέρους πλάτη διάσπασης. u d 3 1 = 1 c πιθανότητα συνδυασμού ενός κουάρκ συγκεκριμένου χρώματος με το αντίστοιχο αντικουάρκ του αντιχρώματος.

14 Η μέγιστη τιμή που μπορεί να πάρει η ενεργός διατομή του W,όπως έχει βρεθεί θεωρητικά είναι: + σ max ( )= ud W + v 4π 3M Γ Γ π 36M ud v = = w Γ w 5,2nb όπου M w = 83GV Οι διασπάσεις ud W v, µ v µ και ud W v µ v μπορούν να, µ λάβουν χώρα και σε pp συγκρουστήρα. Τα και υπάρχουν και στο πρωτόνιο αφού βρίσκονται στη θάλασσα d των κουαρκ. u

16 Υπολογισμός της πειραματικής τιμής της ενεργού διατομής του W - σε pp συγκρουστήρα producd w v = σ( ud W v)( Ldt) BRW ( v) (1) Lείναι η φωτεινότητα σε cm -2 sc -1 και BR το ποσοστό των W - που «πεθαίνουν» σε ή σε µ ν. v µ obsrvd producd = ε (2) w = v ε η απόδοση του ανιχνευτή ε = Αε d Α εξαρτάται από τη γεωμετρία του ανιχνευτή ε d η απόδοσή του στα Wπου «βλέπει» w v

17 Αριθμός των γεγονότων με υποψήφιο W obsrvd candidats = obsrvd w v + obsrvd background (3) Πώς κατατάσσω ένα γεγονός ως υποψήφιο να έχει W? Αν έχει ένα ενεργητικό ηλεκτρόνιο και πολύ ελλείπουσα ενέργεια (από το διαφεύγων νετρίνο)ή ένα ενεργητικό μιόνιο και πολύ ελλείπουσα ενέργεια. Πόσο ενεργητικό? Pt> 20 GV και Missing Enrgy> 20 GV.

18 (4) (5) Αντικαθιστώντας την (5) στην (1) έχουμε: obsrvd background producd v w obsrvd candidats E + = E obsrvd background obsrvd producd v w = (6) = E obsrvd background obsrvd ) ( ) )( ( v BRW Ldt v W ud σ = Ldt E v w BR v w obsrvd background obsrvd ) ( ) σ(

19 Πειραματικές και Θεωρητικές τιμές της ενεργού διατομής των W -,W + καθώς και τουw Πειραματικές: Θεωρητικές: σ w l v = 4,00 ± 0,15nb = 4,30±0,21 nb σ w l v σ w + + l v = σ w + l v 5,93 ± 0,17nb + = 6,16±0,31 nb σ = 9,96 ±0,23nb σ = 10,46±0,52 nb w lv Μικρή απόκλιση! w lv

20 Πειραματική και θεωρητική τιμή της ενεργού διατομής του σωματιδίου Ζ Πειραματική : σ z = Θεωρητική: 0,96±0,05 nb σ z = 0,82±0,06 nb Το σωματίδιο Wπαράγεται πιο συχνά απ ότι το σωματίδιο Z R σwbr( w lv) σ BR( z ) w/ z = = z 11 BR ( w lv) = 11% και BR( z ) = 3,3% σw σ z 3,3 =11 = 11 3,3 το σωματίδιο W παράγεται 3,3 φορές πιο συχνά από το Ζ!

21 Διαγράμματα θεωρητικής τιμής της ενεργού διατομής εξαιτίας των ηλεκτρονίων, των μιονίων καθώς του συνδυασμού τους για τα σωματίδια W +,W -,W και Ζ. Για το σωματίδιο W + :

22 Για το σωματίδιο W - : Για το σωματίδιο W:

23 Για το σωματίδιο Ζ:

24 η ενεργός διατομή των μποζονίων W στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις εξαρτάται μόνο από τη φυσική τι είδη σωματιδίων συγκρούονται σε τι ενέργεια

25 Βιβλιογραφία W_crossSction_thsis Masurmnt of th cross sction for W-boson production in association with jts in pp collisions at s =1,96 TV EUROPEA ORGAIZATIO FOR UCLEAR RESEARCH (CER) W Boson Cross Sctions and Dcay Proprtis at th Tvatron Donald H. Prkins

Σχετικά έγγραφα

Και τα τρία σωμάτια έχουν σπιν μονάδα.

Και τα τρία σωμάτια έχουν σπιν μονάδα. Καθιερωμένο Πρότυπο W και Z μποζόνια Στη φυσική, τα W και Z μποζόνια είναι τα στοιχειώδη σωμάτια που μεταδίδουν την ασθενή αλληλεπίδραση. Η ανακάλυψή τους στο CERN το 1983 αντιμετωπίστηκε ως μια σπουδαία