Διάλεξη 18: Καθιερωμένο πρότυπο (1978-?)

Σχετικά έγγραφα
Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 10/05/16

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 18/04/16

Το Καθιερωμένο Πρότυπο. (Standard Model)

Διάλεξη 17: Το μοντέλο των κουάρκ

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 11/05/15

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 21η Πετρίδου Χαρά. Τμήμα Τ3: Χ. Πετρίδου

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 21η Πετρίδου Χαρά. Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου


Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 11η Πετρίδου Χαρά. Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 10η Πετρίδου Χαρά. Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 23η Πετρίδου Χαρά. Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 19/04/16

Διάλεξη 16: Παράδοξα σωματίδια και οκταπλός δρόμος

Το Μποζόνιο Higgs. Το σωματίδιο Higgs σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων Ε: Από τί αποτελείται η ύλη σε θεμελειώδες επίπεδο;

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 3η Πετρίδου Χαρά

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Και τα τρία σωμάτια έχουν σπιν μονάδα.

Διάλεξη 22: Παραβίαση της κατοπτρικής συμμετρίας στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ. Ισχυρές Αλληλεπιδράσεις Γκλουόνια και Χρώμα Κβαντική Χρωμοδυναμική Ασυμπτωτική Ελευθερία

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Εισαγωγή στην Πυρηνική Φυσική και τα Στοιχειώδη Σωµάτια

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 24η Πετρίδου Χαρά. Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

Διάλεξη 2: Πυρηνική Σταθερότητα, σπιν & μαγνητική ροπή

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

ΚΕΝΤΡΟ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ & ΧΗΜΕΙΑΣ Ε ΟΥΑΡ ΟΥ ΛΑΓΑΝΑ Ph.D. Λεωφ. Κηφισίας 56, Αµπελόκηποι, Αθήνα Τηλ.: ,

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 2η Πετρίδου Χαρά

ΖΑΝΝΕΙΟ ΓΥΜΝΑΣΙΟ ΠΕΙΡΑΙΑ Η ΕΠΙΣΚΕΨΗ ΣΤΟ CERN

Πυρηνική δύναμη Μεσόνια και θεωρία Yukawa Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

Μάθημα 7 Διαγράμματα Feynman

Νετρίνο το σωματίδιο φάντασμα

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων (5ου εξαμήνου, χειμερινό ) Τμήμα T2: Κ. Κορδάς & Δ. Σαμψωνίδης

Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων (5ου εξαμήνου, χειμερινό ) Τμήμα T2: Κ. Κορδάς & Δ. Σαμψωνίδης

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Φερμιόνια & Μποζόνια

Αναζητώντας παράξενα σωματίδια στο A LargeIonColliderExperimnent. MasterClasses : Μαθήματα στοιχειωδών σωματιδίων

Στοιχειώδη σωμάτια. Τα σωμάτια ύλης

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. Ασκήσεις Στοιχειωδών Σωματιδίων. 5 ο Εξάμηνο. Δ. Σαμψωνίδης Κ. Κορδάς Χ. Πετρίδου 20 Ιανουαρίου 2017

«Ταξίδι» στην Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. Κύκλοι Μαθημάτων Σύγχρονης Φυσικής Πρασιανάκης Γιώργος Καραδημητρίου Μιχάλης

To CERN (Ευρωπαϊκός Οργανισµός Πυρηνικών Ερευνών) είναι το µεγαλύτερο σε έκταση (πειραµατικό) κέντρο πυρηνικών ερευνών και ειδικότερα επί της σωµατιδι

ΛΕΠΤΟΝΙΑ ΗΜ ΚΑΙ ΑΣΘΕΝΕΙΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ FEYNMAN ΔΙΑΣΠΑΣΗ ΜΙΟΝΙΟΥ


Ο Πυρήνας του Ατόμου

ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΤΟΥ CERN. Επιστημονική ομάδα ΒΑΣΙΛΗΣ ΣΙΔΕΡΗΣ &ΝΙΚΟΣ ΚΑΛΑΦΑΤΗΣ. 3ο Λύκειο Γαλατσίου

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Διάλεξη 5: Αποδιέγερσεις α και β

ΦΥΣΙΚΗ ΙΑΛΕΞΗ 4: Ο ΑΤΟΜΙΚΟΣ ΠΥΡΗΝΑΣ. ιδάσκων Ευθύµιος Τάγαρης Φυσικός, ρ Περιβαλλοντικών Επιστηµών. ρ Ευθύµιος Α. Τάγαρης

Δύο Συνταρακτικές Ανακαλύψεις

Ασκήσεις στην Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 11/04/16

Διάλεξη 3: Ενέργεια σύνδεσης και πυρηνικά πρότυπα

Διάλεξη 1: Εισαγωγή, Ατομικός Πυρήνας

Καθ. Κ. Φουντάς, Εργ. Φυσικής Υψηλών Ενεργειών, Παν. Ιωαννίνων

Η κλασσική, η σχετικιστική και η κβαντική προσέγγιση. Θωµάς Μελίστας Α 3

Κάτω. Πάνω. Όνομα: Πάνω Επώνυμο: Κουάρκ. Επώνυμο: Κουάρκ. Του αρέσουν:z, W+, W-, γλουόνια, φωτόνια. W-, γλουόνια, φωτόνια. Παιχνίδι με κάρτες: Σνάπ

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. 5 ο Εξάμηνο Δεκέμβριος 2009

Σωματιδιακή Φυσική: Από το Ηλεκτρόνιο μέχρι το Higgs και το Μεγάλο Αδρονικό Επιταχυντή (LHC) στο CERN

Διάλεξη 4: Ραδιενέργεια

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ. Ομοτιμία Κβαντικοί Αριθμοί Συμμετρίες και Νόμοι Διατήρησης

Χρήστος Α. Ελευθεριάδης. ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ Βασικές αρχές και Πυρηνοσύνθεση

Δομή του Πρωτονίου με νετρίνο. Εισαγωγή στη ΦΣΣ - Γ. Τσιπολίτης

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. Ασκήσεις Στοιχειωδών Σωματιδίων

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. Ασκήσεις Στοιχειωδών Σωματιδίων

Το μποζόνιο Higgs (Σωματίδιο του Θεού) και ο ρόλος του Μεγάλου Αδρονικού Επιταχυντή στην Ανακάλυψη του Ομάδα Μαθητών:

Τα ευρήματα δύο ερευνητικών ομάδων συμπίπτουν ως προς τις τιμές μάζας του μποζονίου Χιγκς

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ. Παπανικόλας) & Ε. Στυλιάρης ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ,, Ιδιότητες των Σωματίων Ισοτοπικό Σπιν

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 11/04/16

ΕΣΧΑΤΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΤΗΣ ΥΛΗΣ

Ο Maxwell ενοποίησε τις Ηλεκτρικές με τις Μαγνητικές δυνάμεις στον

Κωστής Χαλκιαδάκης, φυσικός. Συσκάκης Γιάννης, φυσικός ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ. ΑΠΟ ΤΙ ΕΙΜΑΣΤΕ ΦΤΙΑΓΜΕΝΟΙ.

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. Ασκήσεις Στοιχειωδών Σωματιδίων

Q2-1. Πού βρίσκεται το νετρίνο; (10 μονάδες) Theory. Μέρος A. Η Φυσική του Ανιχνευτή ATLAS (4.0 μονάδες) Greek (Greece)

Η ΒΑΣΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΣΤΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΦΥΣΙΚΗ

Το Ισοτοπικό σπιν Μαθηµα 5ο 30/3/2017

Η Φυσική που δεν διδάσκεται ΣΥΛΛΟΓΟΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΚΡΗΤΗΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Νουκλεόνια και ισχυρή αλληλεπίδραση

Παρατήρηση νέου σωματιδίου με μάζα 125 GeV Πείραμα CMS, CERN 4 Ιουλίου 2012

Διάλεξη 8: Πυρηνική ενέργεια από αντιδράσεις σχάσης. Πυρηνική σύντηξη

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. 5 ο Εξάμηνο Δεκέμβριος 2009

Yukawa: στην προσπάθεια να εξηγήσει τις δυνάμεις μεταξύ n-p στον πυρήνα

Εξαιρετικά σπάνια διάσπαση στο CMS, CERN 19 Ιουλίου 2012

Μάθημα 9o' 12/5/2014

Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων (5ου εξαμήνου, χειμερινό ) Τμήμα T2: Κ. Κορδάς & Δ. Σαμψωνίδης

Σημαντικό: Σε περίπτωση προβλήματος επικοινωνήστε με το διδάσκοντα

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Εισαγωγή στη φυσική στοιχειωδών σωματιδίων

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 10: Διαγράμματα Feynman. Λέκτορας Κώστας Κορδάς

Διάλεξη 7: Αλληλεπιδράσεις νετρονίων & πυρηνική σχάση

ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ ΤΡΕΙΣ ΒΑΣΙΚΕΣ ΙΔΕΕΣ KAI ΕΝΑ ΝΟΗΤΙΚΟ ΕΡΓΑΛΕΙΟ

Ο Κόσµος ο Μικρός και ο Μέγας: µια βόλτα στα Όµορφα µονοπάτια της σύγχρονης Θεµελιώδους Φυσικής

Theory Greek (Greece) Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (10 Μονάδες)

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. 5 ο Εξάμηνο Δεκέμβριος 2009

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Μάθημα 1

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΣΧΟΛΗ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ. «Μεταπτυχιακή Εξειδίκευση Καθηγητών των Φυσικών Επιστημών» ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου)

Transcript:

Διάλεξη 18: Καθιερωμένο πρότυπο (1978-?) Φορείς αλληλεπίδρασεων Αλληλεπίδραση Ισχύς Εμβέλεια Φορέας Ισχυρή 1 ~fm g-γλουόνιο Η/Μ 10-2 1/r 2 γ-φωτόνιο Ασθενής 10-9 ~fm W ±,Z μποζόνια Βαρυτική 10-38 1/r 2 Γκραβιτόνιο Από την συστηματική μελέτη των σωματιδίων, τωρόπων αποδιέγερσης τους, και την καταγραφή των ιδιοτήτωους μέχρι στιγμής διαπιστώθηκε ότι τα στοιχειώδη δομικά υλικά της ύλης είναι τα κουάρκ και τα λεπτόνια. Στο σημείο αυτό θα πρέπει να προσθέσουμε φυσικά και τους φορείς των αλληλεπιδράσεων. Γνωρίζουμε βέβαια ότι ο φορέας αλληλεπίδρασης για τις η/μ δυνάμεις είναι το φωτόνιο. Ο ηλεκτρομαγνητισμός γενικότερα είναι από τις πλέον ολοκληρωμένες θεωρίες της φυσικής τόσο σε κλασικό επίπεδο όσο και στην κβαντομηχανική του θεώρηση. Όσον αφορά στην βαρυτική αλληλεπίδραση ο φορέας είναι το γκραβιτόνιο. Αυτή η αλληλεπίδραση είναι και η ασθενέστερη και για τον λόγο αυτό, θεωρούμε με ασφάλεια ότι δεν παίζει κανέναν ρόλο στην φυσική στοιχειωδών σωματιδίων και ως εκ τούτου δεν πρόκειται να ασχοληθούμε άλλο με αυτό το θέμα. Η ασθενής αλληλεπίδραση παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέροια και όπως και η ισχυρή διαθέτει πολύ μικρή εμβέλεια και παίζει σημαντικό ρόλο στην αποδιέγερση ασταθών πυρηνικών συστημάτων και πολλών σωματιδίων (όπως για παράδειγμα η αποδιέγερση των παράδοξων σωματιδίων). Σε αντίθεση όμως με την ισχυρή αλληλεπίδραση η ασθενής αλληλεπίδραση δεν διαμορφώνει δέσμιες καταστάσεις οπότε δεν υπάρχει κάποιο ασφαλές κριτήριο προσδιορισμού της εμβέλειας της αλληλεπίδρασης. Για τον λόγο αυτό η πρόβλεψη της μάζας του αντίστοιχου φορέα δεπορεί να γίνει με τον τρόπο του Yukawa. Έτσι πολλά χρόνια η επιστημονική κοινότητα επιδόθηκε σε έναν αγώνα για τον προσδιορισμό της μάζας των φορέωης ασθενούς αλληλεπίδρασης όπου τελικά προβλέφθηκε με εξαιρετική ακρίβεια μέσω της θεωρίας ενοποίησης των η/μ και των ασθενών αλληλεπιδράσεων. Ο θεωρητικός προσδιορισμός της μάζας των ενδιάμεσωποζονίων W και Z που αποτελούους φορείς της ασθενούς αλληλεπίδρασης είναι από τα ομορφότερα παραδείγματα συμφωνίας θεωρίας και πειράματος. Πράγματι μετά από αρκετά χρόνια ο Carlo Rubbia και η ομάδα του επιβεβαίωσαν πλήρως τις θεωρητικά προβλεπόμενες μάζες των ενδιάμεσωποζονίων κερδίζοντας παράλληλα το βραβείο Nobel. Για τις ισχυρές αλληλεπιδράσεις η πρόβλεψη του Yukawa ήταν ότι ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια αλληλεπιδρούέσω της ισχυρής αλληλεπίδρασης με αντίστοιχο φορέα τα μεσόνια π. Με την ανακάλυψη και τηελική παραδοχή όμως ότι τα νετρόνια και τα πρωτόνια δεν είναι πλέον στοιχειώδη σωμάτια αλλά τα ίδια αποτελούνται από δέσμιες καταστάσεις των κουάρκ διατυπώθηκε ένα εύλογο ερώτημα. Αφού λοιπόα νετρόνια και τα πρωτόνια δεν είναι στοιχειώδη σωματίδια μήπως η αλληλεπίδρασή τους δεν αποτελεί την πιο άμεση εκδήλωση της ισχυρής αλληλεπίδρασης δεδομένου μάλιστα ότι Νικόλας Πατρώνης 1

γίνεται μέσω ενός μεσονίου το οποίο αποτελείται από ένα κουάρκ και ένα αντικουάρκ;. Μήπως δηλαδή η έλξη πρωτονίου και νετρονίου αποτελεί μια πιο σύνθετη εκδήλωση των ισχυρών αλληλεπιδράσεων όπως ακριβώς σχετίζονται οι δυνάμεις Van der Waals με την η/μ αλληλεπίδραση; Επομένως γρήγορα έγινε κατανοητό ότι προκειμένου να δούμε τις βασικές αρχές της αλληλεπίδρασης θα πρέπει να εστιάσουμε στα δομικά υλικά και στο πως αυτά αλληλεπιδρούν και όχι σε σύνθετους σχηματισμούς όπως είναι τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Το σωστό λοιπόν ερώτημα είναι: Ποιο είναι εκείνο το σωματίδιο το οποίο είναι ο φορέας της ισχυρής αλληλεπίδρασης και ανταλλάσσεται μεταξύ των κουάρκ. Ο φορέας λοιπόν αυτός είναι το γλουόνιο. Τα γλουόνια μεταφέρουν χρώμα και για τον λόγο αυτό όπως και τα κουάρκ δεπορούν να υπάρξουν ως ελεύθερα σωματίδια. Μπορούν όμως να υπάρξουν ως άχρωμες μπάλες γλουονίων (glueballs) αλλά και μέσα στα αδρόνια (αδρόνια= τα σωματίδια εκείνα τα οποία αποτελούνται από κουάρκ. Δηλαδή, τα μεσόνια και τα βαρυόνια). Σήμερα μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα από τηελέτη σκέδασης πρωτονίων σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες ότι τα γλουόνια υπάρχουν και μάλιστα έχουν σαφώς παρατηρηθεί δομές jet όπου μπορούν να εξηγηθούέσω της αποδιέγερσης μπαλών γλουονίων και κουάρκ. Λεπτόνια l Q L e L μ L τ e -1 1 0 0 ν e 0 1 0 0 μ -1 0 1 0 0 0 1 0 τ -1 0 0 1 0 0 0 1 Πέραων φορέωων αλληλεπιδράσεων σύμφωνα με τηρέχουσα άποψη για το καθιερωμένο πρότυπο η ύλη μας αποτελείται από λεπτόνια και κουάρκς. Πιο πάνω υπάρχει ένας συνοπτικός πίνακας των λεπτονίων όπου παρουσιάζονται οι κβαντικοί αριθμοί και το φορτίο τους. Φυσικά όλα αυτά τα έχουμε δει προηγουμένως και απλώς στο σημείο αυτό θα πρέπει να σημειωθεί ότι στον πίνακα αυτό παρουσιάζονται μόνο τα σωμάτια των λεπτονίων. Τα αντίστοιχα αντισωμάτια έχουν αντίθετους κβαντικούς αριθμούς και προφανώς αντίθετο φορτίο. Δεδομένου ότι ο παραπάνω πίνακας περιέχει έξι λεπτόνια χωρισμένα σε τρεις διαφορετικές γενιές αυτό σημαίνει ότι αν λάβουμε υπόψη και τα αντισωμάτια τότε έχουμε συνολικά 12 λεπτόνια. Νικόλας Πατρώνης 2

Κουάρκ q Q D U S C B T d -1/3-1 0 0 0 0 0 u 2/3 0 1 0 0 0 0 s -1/3 0 0-1 0 0 0 c 2/3 0 0 0 1 0 0 b -1/3 0 0 0 0-1 0 t 2/3 0 0 0 0 0 1 Όπως και στην περίπτωση των λεπτονίων έτσι και για τα κουάρκ υπάρχουν έξι γεύσεις και αντίστοιχα τρεις γενιές από αυτά. Τα αντικουάρκ έχουν αντίθετο πρόσημο στο φορτίο αλλά και αντίθετο πρόσημο στους υπόλοιπους κβαντικούς αριθμούς. Ένα επιπλέον χαρακτηριστικό που παρουσιάζουα κουάρκ είναι ο κβαντικός αριθμός του χρώματος. Έτσι έχουμε 6 κουάρκ. Αν λάβουμε υπόψια αντίστοιχα αντισωμάτια έχουμε 12 και τέλος λαμβάνοντας υπόψη ότι για κάθε κουάρκ ή αντικουάρκ έχουμε τρία χρώματα αυτό μας κάνει συνολικά 36 διαφορετικά κουάρκ. Μάζες λεπτονίων και κουάρκ Σχήμα 1: Γραφική αναπαράσταση ου διαχωρισμού των στοιχειδών σωματιδίων σε τρεις διαφορετικές γενιές ανάλογα με τηάζα τους Μέχρι στιγμής αναφέρθηκε αρκετές φορές ο διαχωρισμός των σωματιδίων σε γενιές. Από το παραπάνω σχήμα φαίνεται τελικά ότι οι διαφορετικές γενιές στοιχειωδών σωματιδίων παρουσιάζουν σημαντικές διαφορές στις μάζες τους. Ο όρος γενιά προφανώς προέκυψε από το γεγονός ότι βαρύτερα σωματίδια παράγονται πιο δύσκολα -με την έννοια ότι απαιτούνται ολοένα και ισχυρότερες επιταχυντικές διατάξειςεπομένως τόσο περισσότερο καθυστερεί η πειραματική επιβεβαίωση. Πράγματι στον πιο κάτω πίνακα μπορεί εύκολα κανείς να διακρίνει τις διαφορετικές γενιές λεπτονίων και κουάρκ ότι παρουσιάζουν σημαντικές διαφορές ως προς τις μάζες τους. Νικόλας Πατρώνης 3

Λεπτόνια Μάζα Κουάρκ Μάζα ν e <2 x 10-6 u 2 <0.2 d 5 <18 s 100 e 0.511 c 1200 μ 106 b 4200 τ 1777 t 1.74 x 10 5 Σύνοψη Γενιά Φορτίο Αλληλεπιδρούε: 1η 2η 3η Ισχυρές Η/Μ Ασθενείς Quarks (U)x3 χρώματα u c t +2/3 ΝΑΙ ΝΑΙ ΝΑΙ Quarks (D)x3 χρώματα d s b -1/3 ΝΑΙ ΝΑΙ ΝΑΙ Φορτισμένα Λεπτόνια e μ τ -1 ΟΧΙ ΝΑΙ ΝΑΙ Ουδέτερα λεπτόνια (νετρίνα) ν e 0 ΟΧΙ ΟΧΙ ΝΑΙ Τα στοιχειώδη σωματίδια που αποτελούα συστατικά του κόσμου όπως είναι μέχρι σήμερα γνωστά σύμφωνα με το καθιερωμένο πρότυπο δίνονται για άλλη μια φορά στον πιο πάνω πίνακα. Στις τρεις τελευταίες στήλες δίνεται ο τρόπος αλληλεπίδρασης της κάθε κατηγορίας σωματιδίων. Στα παραπάνω στοιχειώδη σωματίδια θα πρέπει να προστεθούν και οι δώδεκα φορείς αλληλεπιδράσεων (βλ πινακα πιο κάτω) Δύναμη Όνομα Σύμβολο Πλήθος Φορτίο Ισχύς Ισχυρές Γλουόνια g 8 0 1 Η/Μ Φωτόνια γ 1 0 10-2 Ασθενείς W και Ζ W +, W -, Z 0 3 ±1, 0 10-9 Στα 60 αυτά σωματίδια θα πρέπει να προστεθεί και το σωματίδιο Higgs το οποίο είναι θεμελιώδους σημασίας για την επιβίωση του καθιερωμένου προτύπου. Είναι μάλιστα ένας από τους σημαντικούς λόγους για τους οποίους δημιουργήθκε το LHC στο Νικόλας Πατρώνης 4

CERN. Αρκεί και μόνο να αναφερθεί ότι ο μηχανισμός του καθιερωμένου προτύπου που προσδίδει τις παρατηρούμενες μάζες στα μέχρι τώρα γνωστά στοιχειώδη σωμάτια προϋποθέτει την ύπαρξη του σωματιδίου Higgs. Πολύ πρόσφατα (2012) το σωματίδιο Higgs παρατηρήθηκε και μάλιστα με ιδιότητες σε πλήρη συμφωνία με αυτές που είχαν προβλεφθεί πολύ νωρίτερα από θεωρητικούς υπολογισμούς. Έτσι σήμερα είμαστε στην ευχάριστη θέση να μιλάμε για την πειραματική επιβεβαίωση του σωματιδίου Higgs με μάζα 126 GeV σπιν 0 και πάριτη θετική. Η πειραματική επιβεβαίωση της ύπαρξης του σωματιδίου Higgs σαφέστατα ισχυροποίησε την θέση του καθιερωμένου μοντέλου στο γενικότερο πλαίσιο της φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων. Βέβαια από την πλευρά της θεωρητικής αλλά και πειραματικής αναζήτησης και έρευνας τίποτα δεν έχει τελειώσει. Το αντίθετο μάλιστα, θα έλεγε κάποιος ότι το ταξίδι μόλις ξεκίνησε και ότι έχουμε κάποιες καλές ενδείξεις ότι βρισκόμαστε σε σωστό δρόμο. Παραδείγματα 1)Το μποζόνιο Ζ έχει μάζα 92 GeV/c 2. Με δεδομένη τηάζα του να εκτιμηθεί η εμβέλεια της ασθενούς αλληλεπίδρασης. ΔΕ ΔΤ ħ/2 ΔΤ ħ (2 ΔΕ) ħ c=197 MeV fm ħ=(1/c) 0.197 GeV fm ΔT (1/c) 0.197GeV fm (1/c) 10 3 fm 2 92GeV Δx=c ΔT 10 3 fm 2)Να αποδειχθεί ότι σύμφωνα με το πρότυπο των κουάρκ δεπορεί να υπάρξει μεσόνιο με Q=+1 και S=-1 όπως επίσης με: Q=-1 και S=+1. Απάντηση: Τα μεσόνια αποτελούν δέσμιες καταστάσεις ενός κουάρκ και ενός αντικουάρκ. Για την πρώτη περίπτωση S=-1 σημαίνει ότι περιέχει ένα κουάρκ s το οποίο έχει φορτίο Q=-1/3. Επομένως προκειμένου να έχουμε ένα μεσόνιο θα πρέπει να προσθέσουμε ένα αντικουάρκ. Από τον πιο πάνω πίνακα των ιδιοτήτωων κουάρκ παρατηρούμε όμως ότι όλα τα αντικουάρκ έχουν φορτίο Q= 1/3 ή -2/3. Αυτό σημαίνει ότι το φορτίο ενός μεσονίου με S=-1 μπορεί να είναι Q=0 ή Q=-1. Δεν υπάρχει δηλαδή πιθανότητα να έχουμε Q=+1. Ομοίως και για την δεύτερη περίπτωση. Νικόλας Πατρώνης 5