www.cc.uoa.gr/~dfassoul/syghroni_fysiki.html

Σύγχρονη Φυσική Στοιχειώδη Σωµατίδια Σωµατίδια Επιταχυντές Ανιχνευτές Αλληλεπιδράσεις Συµµετρίες Νόµοι ιατήρησης Καθιερωµένο Πρότυπο www.cc.uoa.gr/~dfassoul/syghroni_fysiki.html

Σύγχρονη Φυσική: Στοιχειώδη Σωµατίδια Ηφυσική στοιχειωδών σωµατιδίων προσπαθεί να απαντήσει στις ερωτήσεις: "Από τι είναι φτιαγµένος ο κόσµος ;" «Πως συνδέονται τα συστατικά µεταξύ τους;» Στην πραγµατικότητα υπάρχουν µόνο άτοµα και χώρος. - ηµόκριτος ( 400 πχ)

Σύγχρονη Φυσική: Τι ξέρουµε µέχρι τώρα Ατοµική οµή της Ύλης

Σύγχρονη Φυσική: Τι ξέρουµε µέχρι τώρα Μικροσκοπική οµή της Ύλης Άτοµο Πυρήνας Νουκλεόνιο

Σύγχρονη Φυσική: Αλληλεπιδράσεις Πως αλληλεπιδρά η φορτισµένη ύλη ; Κβαντική Ηλεκτροδυναµική (QED) Το φωτόνιο είναι ο φορέας της ηλεκτροµαγνητικής αλληλεπίδρασης

Σύγχρονη Φυσική: Αλληλεπιδράσεις Ηλεκτροµαγνητική υνητικό φωτόνιο e Ισχυρή υνητικό γκλουόνιο q Ασθενής υνητικό Ζ ή W e + (q) γ(q 2 ) g(q 2 ) Z(Q 2 ) q q e (q) q

Σύγχρονη Φυσική: Ισχυρή Αλληλεπίδραση Ισχυρές αλληλεπιδράσεις: Έξι κουάρκ u d s c b t Ισχυρό φορτίο : χρώµα Φορείς: γκλουόνια Όµως τα γκλουόνια µεταφέρουν χρώµα! 8 γκλουόνια

Σύγχρονη Φυσική: Ισχυρή Αλληλεπίδραση Κβαντική Χρωµοδυναµική QCD Τα κουάρκ δεν µπορούν να βρεθούν αποµονωµένα επειδή η δύναµη του φορτίου χρώµατος αυξάνεται καθώς αποµακρύνονται. Μπορούν λοιπόν να βρεθούν µόνο σε άχρωµους συνδυασµούς

Σύγχρονη Φυσική: Στοιχειώδη Σωµατίδια - Αδρόνια Βαρυόνια: Αποτελούνται από 3 κουάρκ Πρωτόνιο Νετρόνιο Μεσόνια: Αποτελούνται από ζεύγος κουάρκ - αντικουάρκ Μεσόνιο π 0 Περισσότερα από 200 αδρόνια έχουν ανακαλυφθεί µέχρι σήµερα

Ασθενείς αλληλεπιδράσεις: Φορείς W +,W -, Z 0 Ηβ-διάσπαση του Νετρονίου

Σύγχρονη Φυσική: Ασθενείς αλληλεπιδράσεις ιαγράµµατα Feynman Ζ (γ) ιάγραµµα Feynman Εξαΰλωση e + e - σε µ + µ - Παρατηρείστε την οµοιότητα της ηλεκτροµαγνητικής διαδικασίας (γ) µε την ασθενή ουδέτερου ρεύµατος (Ζ) M Z = 91.2 GeV M W = 80.4 GeV

Σύγχρονη Φυσική: Αντισωµατίδια Ηεξίσωση Klein - Gordon οδηγεί σε λύσεις Αρνητικής Ενέργειας και Αρνητικής Πυκνότητας Πιθανότητας Αντισωµατίδια

Σύγχρονη Φυσική: Αρχές διατήρησης ιατηρήσιµες Ποσότητες ως προς τις Αλληλεπιδράσεις Ποσότητα Ισχυρή ΗΜ Ασθενής Ηλ. φορτίο Ορµή Ενέργεια Στροφορµή Βαρυονικός αρ. Λεπτονικός Αρ. - Παραδοξότητα ΟΧΙ Χρώµα Κατοπτρισµός (πάριτυ) ΟΧΙ

Σύγχρονη Φυσική: Αρχές διατήρησης Παράδειγµα Λεπτονικός Αριθµός L : +1 +1-1 +1 L e : 0 +1-1 0 L µ : +1 0 0 +1 L τ : 0 0 0 0 Παρατήρηση: Ταλαντώσεις νετρίνων

Σύγχρονη Φυσική: Αρχές διατήρησης Παράδειγµα Βαρυονικός αριθµός B : +1 +1 0 0 Τα βαρυόνια έχουν βαρυονικό αριθµό ±1 Τα κουάρκ έχουν βαρυονικό αριθµό ±1/3 Τα µεσόνια, τα λεπτόνια και όλα τα άλλα σωµατίδια έχουν βαρυονικό αριθµό 0

Σύγχρονη Φυσική: Αρχές διατήρησης Παραδείγµατα π µ + ν µ 0 + π µ + e + ν e n + p n + p + p + p Ναι Όχι Λεπτονικός Ναι n + p n + p + p Όχι Βαρυονικός n + p n + p + e + ν e Όχι Φορτίο

Καθιερωµένο Πρότυπο Ιδιότητες σωµατιδίων: PDG http://pdg.lbl.gov/ 3 Γενιές (ή οικογένειες) Και τα αντισωµατίδιά τους Κάθε κουάρκ 3 χρώµατα

Σύγχρονη Φυσική: Οικογένειες Σωµατιδίων

Σύγχρονη Φυσική: Οικογένειες Σωµατιδίων

Οικογένεια 1 2 3 Φορτίο Λεπτόνια e µ τ -1 Σωµατίδια Ύλης φερµιόνια (ηµιακέραιο σπιν) Νετρίνα Κουάρκ up 0.511 MeV ν e <2 ev u 5 MeV 106 MeV ν µ <170 kev c 1.5 GeV 1.78 GeV ν τ <18 MeV t 170 GeV 0 2/3 Κουάρκ down d 10 MeV s 200 MeV b 4.7 GeV -1/3 Σωµατίδια Φορείς Αλληλεπιδράσεων µποζόνια (ακέραιο σπιν) ΕΙ ΟΣ ΙΣΧΥΣ ΑΚΤΙΝΑ ΦΟΡΕΑΣ ΡΑΣΗΣ Ισχυρή 1 10-15 m γκλουόνια (8) Ηλεκτρο- µαγνητική 10-2 φωτόνιο Ασθενής 10-5 10-18 m W +,W -,Z 0 Βαρυτική 10-38 βαρυτόνιο

Αναπάντητα ερωτήµατα Γιατί βρίσκουµε περισσότερη ύλη από αντιύλη στο σύµπαν ενώ θα έπρεπε λόγω συµµετρίας να ήταν σε ίσες ποσότητες; Είναι τα κουάρκ και τα λεπτόνια στην πραγµατικότητα θεµελιώδη ή αποτελούνται από ακόµη πιο θεµελιώδη σωµατίδια; Γιατί όλη αυτή η πλεονάζουσα µάζα στο σύµπαν δεν εξηγείται µε την χρήση των συνηθισµένων µεθόδων; Πως προκύπτουν στο Καθιερωµένο Πρότυπο οι µάζες των σωµατιδίων; Γιατί υπάρχουν τρεις γενεές κουάρκ και λεπτόνια; Πως εµπλέκεται η βαρύτητά;

Ποια η προέλευση της µάζας των σωµατιδίων; Π.χ. Γιατί m g = 0 m W, Z 100 GeV KΠ : Μηχανισµός Higgs δίνει µάζα στα σωµατίδια To υναµικό Higgs Οδηγεί στην απαίτηση για την ύπαρξη ενός τουλάχιστον µποζονίου Higgs Αλλά: Το σωµατίδιο Higgs δεν έχει βρεθεί ακόµη: το µόνο κοµµάτι του KΠ (βασικό!) που λείπει

Ηλεκτρασθενής Θεωρία στο Κ. Π.

Υπερ-συµµετρία φερµιόνια µποζόνια κουάρκ σκουάρκ λεπτόνια σλεπτόνια µποζόνια φερµιόνια W Wino Z Zino κ.λ.π

Θεωρίες µε επιπλέον ιαστάσεις

Θεωρίες Υπερχορδών

οµή στο κρύο (χαµηλές ενέργειες) Συµµετρία στη ζέστη (Υψηλές ενέργειες)

Κρύο Ηλεκτροµαγνητική Ασθενής Ισχυρή Χλιαρό Ηλεκτρασθενής Ισχυρή Ζεστό Μεγαλοενοποιηµένη

Αυθόρµητο Σπάσιµο της Συµµετρίας Ο γάιδαρος του Buridan Συµµετρία Σπασµένη Συµµετρία