ΦΥΣ 351 2/12/2015 Θεωρία Κβαντικών Πεδίων Από την Κλασική Φυσική στη Θεωρία Κβαντικών Πεδίων Χάρης Παναγόπουλος
Πώς άλλαξε η γνώση μ ας για τον κόσμ ο, από το Νεύτωνα μ έχρι σήμ ερα; Ποιοι είναι οι βασικοί νόμ οι της Φύσης που χαρακτηρίζουν όλα τα φυσικά φαινόμ ενα; 1650: Κλασική Φυσική ( ενός ή περισσοτέρων σωμ άτων) Θεμ ελιώδεις δυνάμ εις: Βαρύτητα; Άλλες ;;
Πόσες θεμ ελιώδεις δυνάμ εις; A quest for Simplicity and Elegance 1650: Βαρύτητα, Τριβή, Μαγνήτες,... ( κάθε φαινόμ ενο διέπεται από τη δική του δύναμ η) 1900: Β, ΗλεκτροΜαγνητισμός 1930: Β, ΗΜ, Ισχυρές 1950: Β, ΗΜ, Ι, Ασθενείς 1970: Β, Ι, ΗλεκτρΑσθενείς 1985: Β, Ι, Η+ Α, 5 η δύναμ η ;; 1990: Β, Ι+ Η+ Α ( Ενοποιημ ένη Θεωρία) 2000+: Β+ Ι+ Η+ Α ( Χορδές ;;)
Πόσα στοιχειώδη σωμ ατίδια; A quest for Simplicity and Elegance
Πόσα στοιχειώδη σωμ ατίδια; 400 πχ: (Δημ όκριτος) Το άτομο
Πόσα στοιχειώδη σωμ ατίδια; 400 πχ: (Δημ όκριτος) Το άτομο 1870: (Менделеев) Τα άτομα
Πόσα στοιχειώδη σωμ ατίδια; 400 πχ: (Δημ όκριτος) Το άτομο 1870: (Менделеев) Τα άτομα 1900: Ηλεκτρόνιο
Πόσα στοιχειώδη σωμ ατίδια; 400 πχ: (Δημ όκριτος) Το άτομο 1870: (Менделеев) Τα άτομα 1900: Ηλεκτρόνιο 1920: Πρωτόνιο
Πόσα στοιχειώδη σωμ ατίδια; 400 πχ: (Δημ όκριτος) Το άτομο 1870: (Менделеев) Τα άτομα 1900: Ηλεκτρόνιο 1920: Πρωτόνιο 1930: Νετρόνιο, Ποζιτρόνιο
Πόσα στοιχειώδη σωμ ατίδια; 400 πχ: (Δημ όκριτος) Το άτομο 1870: (Менделеев) Τα άτομα 1900: Ηλεκτρόνιο 1920: Πρωτόνιο 1930: Νετρόνιο, Ποζιτρόνιο 1947: Πιόνια ( π +, π, π 0 )
Πόσα στοιχειώδη σωμ ατίδια; 400 πχ: (Δημ όκριτος) Το άτομο 1870: (Менделеев) Τα άτομα 1900: Ηλεκτρόνιο 1920: Πρωτόνιο 1930: Νετρόνιο, Ποζιτρόνιο 1947: Πιόνια ( π +, π, π 0 ) 1956: Νετρίνο ν e
Πόσα στοιχειώδη σωμ ατίδια; 400 πχ: (Δημ όκριτος) Το άτομο 1870: (Менделеев) Τα άτομα 1900: Ηλεκτρόνιο 1920: Πρωτόνιο 1930: Νετρόνιο, Ποζιτρόνιο 1947: Πιόνια ( π +, π, π 0 ) 1956: Νετρίνο ν e 1975 + : Κ ±, ρ, η, J/ ψ, B, φ,... (~130 μ εσόνια, ~80 βαρυόνια )
Πόσα στοιχειώδη σωμ ατίδια; 1980's: Καθιερωμ ένο πρότυπο Σωμ ατίδια φορείς δύναμ ης γ μ, g μ a, W μ ±, Z μ0, g μν Σωμ ατίδια ύλης e, μ, τ, ν e, ν μ, ν (+ αντισωμ ατίδια) τ u c, d c, s c, c c, b c, t c (+ αντισωμ ατίδια) Σωμ ατίδιο Higgs SUSY partners???, Technicolor???
1980 + : Κανένα!!! Πόσα στοιχειώδη σωμ ατίδια; Μια ( υπερ ) χορδή Δ ιαφορετικοί ιδιορρυθμ οί ταλάντωσης Αντιστοιχούν σε διαφορετικά σωματίδια Ένα και μ οναδικό δυνατό Σύμ παν!!! Ή μ ήπως όχι; Δ ιαφορετικές δυνατές θεμ ελιώδεις 500 καταστάσεις, ~10
Κλασική Μοντέρνα Φυσική Κλασική Μηχανική Μη Σχετικιστική Μηχανική Κβαντομηχανική Σχετικότητα Σωμ ατίδια (x(t), y(t), z(t)) Πεδία Φ(x,y,z,t) Απαιτούνται και οι 3 αλλαγές για συνεπή περιγραφή της Φύσης: Θεωρία Κβαντικών Πεδίων Βαρύτητα Νεύτωνα Βαρύτητα Einstein ( Γενική Σχετικότητα, ~1915) Όλα σωστά; Τελειώσαμ ε;
Κλασική Μοντέρνα Φυσική Όχι, δεν τελειώσαμ ε! Δ μ μ μ εν έχου ε ακό α ια πλήρη Θεωρία των Πάντων (Theory of Everything TOE)
Κλασική Μοντέρνα Φυσική Όχι, δεν τελειώσαμ ε! Δ εν έχουμ ε ακόμ α μ ια πλήρη Θεωρία των Πάντων (Theory of Everything TOE) Βασικό άλυτο πρόβλημ α της Θεωρητικής Φυσικής: Κβαντική Βαρύτητα Θα λυθεί από Θεωρία Χορδών??? μ, Ανοιχτό πρόβλη α εναλλακτικές δυνατότητες (spacetime foam, non commutative geometry,...)
Κλασική Μοντέρνα Φυσική Όχι, δεν τελειώσαμ ε! Δ εν έχουμ ε ακόμ α μ ια πλήρη Θεωρία των Πάντων (Theory of Everything TOE) Βασικό άλυτο πρόβλημ α της Θεωρητικής Φυσικής: Κβαντική Βαρύτητα Θα λυθεί από Θεωρία Χορδών??? Ανοιχτό πρόβλημ α, εναλλακτικές δυνατότητες (spacetime foam, non commutative geometry,...) Και αν βρεθεί ΤΟΕ: ακριβείς ποσοτικές προβλέψεις;; Electroweak: Θεωρία, Υπολογισμ οί βατοί Strong: Θεωρία, Υπολογισμ οί αδύνατοι! ( σχεδόν...)
Feynman diagrams Παράδειγμα: Σκέδαση e- - e- O(e0)
Feynman diagrams Παράδειγμα: Σκέδαση e- - e- O(e2)
Feynman diagrams Παράδειγμα: Σκέδαση e- - e- O(e2)
Feynman diagrams Παράδειγμα: Σκέδαση e- - e- O(e4)
Feynman diagrams Παράδειγμα: Σκέδαση e- - e- O(e6)
Feynman diagrams Παράδειγμα: Σκέδαση e- - e- O(en)
Renormalization (Επανακανονικοποίηση) Συναρτήσεις συσχέτισης (Green), π.χ. G(q1, q2) = <φ(q1) φ(q2)>!! Όμως με κατάλληλη ομαλοποίηση (regularization) είναι πεπερασμένες, π.χ.: Dimensional regularization (4-ε διαστάσεις) Lattice regularization (πλέγμα από χωροχρονικά σημεία, σε απόσταση a ανάμεσά τους) Τι γίνεται όταν ο ομαλοποιητής (ε, a) 0 ;; Οι συναρτήσεις Green θα απειριστούν (προφανώς), όμως οι μεταξύ τους λόγοι, π.χ. G(q1, q2) / G(q1', q2') είναι πεπερασμένοι! (Φοβερά πολύπλοκη απόδειξη) Με κατάλληλο επαναορισμό των παραμέτρων (er = Ze e, mr = Zm m,...) και αλλαγή κανονικοποίησης των πεδίων (φr = Zφ φ,...), οδηγούμαστε σε πεπεραμένα αποτελέσματα για κάθε συνάρτηση Green!