Nesačuvanje CP-simetrije

Transcript

1 Nesačuvanje CP-simetrije PMF ožujak 26

2 Sadržaj aj CP simetrija i neutrini CP-simetrija čestica antičestica Nabojna konjugacija aoni i stranost Parnost Eksperiment Cronin-a a & Fitch-a Implikacije CP-naru narušenja Simetrije i zakoni sačuvanja Uvod ožujak 26

3 Simetrije i zakoni sačuvanja Simetrije su važno pomoćno sredstvo u fizici. Sistem se ne mijenja ako primijenimo neku transformaciju SIMETRIJA Ako se sila ne mijenja kao funkcija položaja Sila koja djeluje u x 2 : F = m 2 x 2 Sila koja djeluje u x 1 : F = d m m 1 x 1 1 x1 + m2x2 = [ m x + m x ] / dt = m 1v1 + m2v2 = const Invarijantnost na translacije Zakon očuvanja impulsa ožujak 26

4 Simetrije i zakoni sačuvanja Neke interakcije su dozvoljene a neke zabranjene zakoni sačuvanja Zakon sačuvanja barionskog broja ožujak 26

5 Diskretne transformacije Do Svijet je bio invarijantan na sljedeće diskretne transformacije: Simetrija Transformacija Neopažanje apsolutnog Prostornog pariteta P : r r lijevog (desnog) Vremenskog obrata T : t t Smjera vremena Nabojne konjugacije C : e e Predznaka naboja ožujak 26

6 Parnost Transformacija koja od procesa čini njegovu zrcalnu sliku ( x, y, z) ( x, y, z) PΨ( r) Ψ( r) Valna funkcija može imati (ali ne mora) dobro definiranu parnost: Ψ = cos Ψ = sin x x PΨ cos( x) = cos PΨ sin( x) = sin x x = +Ψ = Ψ ( P = +1) ( P = 1) Ψ = cos x + sin x PΨ cos x sin( x) ± Ψ ožujak 26

7 Parnost Diskretna simetrija Vjerojatnost raspršenja x i dx/dt su neparni na parnost, a vjerojatnost raspršenja je parna parnost je multiplikativna, a ne aditivna ožujak 26

8 Testovi sačuvanja parnosti lasična mehanika je invarijantna na sim. pariteta auto za njemačko tržište auto za englesko tržište Zrcalni čovjek Molekule bjelančevina lijevi vijci povreda zrcalne sim. Elektromag. medjudjelovanje je invarijantno na sim. pariteta (foton se bavi demokratski s lijevim i desnim elektronima) Jako medjudjelovanje čuva parnost. Slabo medjudjelovanje narušava simetriju pariteta 1956 eksperiment gdje. Wu e ožujak 26 e

9 Lijevi neutrini i desni antineutrini ožujak 26

10 ožujak 26 Nabojna konjugacija Nabojna konjugacija : čestica antičestica Mijenja predznak nabojima, te kv. brojevima (barionskom B, leptonskom L i hipernaboja Y Ako definiramo nabojnu parnost fotona dozvoljeni su procesi π 2γ zabranjen je proces π 3γ π π 3 γ 7 < 2γ 4 1 U jakim interakcijama vrijedi C invarijantnost provjereno u procesima: p + p π + + π +... η C ( γ ) = 1 EM polja se Proizvode Nabojima u Gibanju koji Mijenjaju Predznak kad Djelujemo s C Nabojnom konj.

11 a) P σ C i P operacije na neutrine C ν P CP σ ν P b) c) P σ ν σ ν P d) Samo stanja a) i d) opažaju se u prirodi Slabe interakcije nisu inv. na C i P ali jesu na CP ožujak 26

12 aoni i stranost Strano ponašanje nesrazmjer vjer. za produkciju čestica: P π + p Λ + x Λ U odnosu na vjer. raspada: Λ R p + π ožujak 26 R / P 1 13 Tipične reakcije za proizvodnju kaona: π + p Λ + Stranost -1 1 π + + p Stranost 1-1 nova simetrija Stranost očuvana u jakim procesima narušena slabim silama p ΔS = ΔS = 1

13 CP-simetrija Mezoni i su jedna drugoj antičestice: C = e iφ P = e iφ Relativne faze φ mogu se tako odabrati da vrijedi: CP = CP = Fizikalnog smisla imaju stanja: 1 = + 2 ( ) 1 2 = 1 2 ( ) ožujak 26

14 CP-simetrija Slijedi za djelovanje CP operatora: CP 1 = 1 CP 2 = 2 i vlastita stanja stranosti, i dijagonalna u CP simetriji 1 2 važno pri tvorbi važno pri raspadu Energijski stanja neutr. kaona se rapadaju na : ππ ili πππ CP π π = l ( ) π π 1 raspad na dva piona zbog CP simetrije CP π + π π = l+ 1 + ( ) π π π 2 raspad na tri piona zbog CP antisimetrije ožujak 26

15 Regeneracija Zbog više pozitivne Q vrijednosti 1 se brže raspada od ( ) ratkoživuća komponenta Dugoživuća komponenta Ako 2 = pustimo kroz materijal i se različito atenuiraju jer prevladavaju neg. vrijednosti stranosti Nakon prolaska snop ima valnu funkciju: ( f f ) 2 + ( f f ) 1 2 ( f f ) + Regenerirao se jer i 2 1 f f nisu isti 2 ne smije prolaziti kroz deblji sloj materijala! τ = τ = s s ožujak 26

16 Nesačuvanje CP-simetrije Cronin i Fitch pokazivanje dvopionskog raspada u 2 Snop 1 2 Vjeroj. 2π raspada je 1/5 nakon.17γ metara za brzine blizu c Izmjereno 45 2π događaja od 227 ili oko 1 u 5. Očekivali bismo tj. događaja γ ožujak 26

17 Shema eksperimenta nesačuvanja CP simetrije B S 4 aonski snop S 1 I I Č S i scintilatori S 3 I S 4 B I Č I komore na iskre Č čerenkovljevi detektori B dipolni magneti ožujak 26

18 Implikacije i zagonetke narušenja CP-simetrije U elementarnim procesima sačuvana je T-simetrija Teorije polja počivaju na CPT simetriji CP simetrija ne vrijedi T-simetrija ne vrijedi Ne vrijedi CPT simetrija Rušenje važnih teorija ožujak 26