ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΩΝ ΠΑΡΤΟΝΙΩΝ

Σχετικά έγγραφα
ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Μάθημα 9o' 12/5/2014

Πρότυπο Αδρονίων µε Στατικά κουάρκ ΙΙ

Ο Πυρήνας του Ατόμου

Ανελαστική Σκέδαση. Σπύρος Ευστ. Τζαµαρίας Σωµατιδιακή Φυσική

Στοιχειώδη Σωματίδια II. Διάλεξη 7η Πετρίδου Χαρά

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

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

Με διεθνή σύμβαση το 1961, καθιερώθηκε ότι 1 amu (atomic mass unit) είναι το 1/12 της μάζας του ουδέτερου ατόμου του άνθρακα 12 C, επομένως:

ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΙΙ. ΜΑΘΗΜΑ 4ο

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

Μάθημα 7o Συντονισμοί & Παραγωγή Σωματιδίων στις Υψηλές Ενέργειες 27/4/2017

Εισαγωγή στην Πυρηνική Φυσική και τα Στοιχειώδη Σωµάτια

T fi = 2πiδ(E f E i ) [< f V i > + 1 E i E n. < f V n > E i H 0 164/389

Μέγεθος, πυκνότητα και σχήμα των πυρήνων. Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

Λ p + π + + Όλα τα κουάρκ και όλα τα λεπτόνια έχουν ασθενείς αλληλεπιδράσεις Τα νετρίνα έχουν ΜΟΝΟ ασθενείς αλληλεπιδράσεις

Μάθημα 6o Οπτικό θεώρημα και Συντονισμοί 10/4/2014

Πειραµατική Θεµελίωση της Φυσικής Στοιχειωδών Σωµατιδίων

Spin του πυρήνα Μαγνητική διπολική ροπή Ηλεκτρική τετραπολική ροπή. Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

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

Πυρηνική Επιλογής. Τα νετρόνια κατανέμονται ως εξής;

Αλληλεπιδράσεις µε Ανταλλαγή Σωµατιδίων

ΙΑΤΡΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ eclass: PHYS215 Π. Παπαγιάννης

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. 5 ο Εξάμηνο Δεκέμβριος 2009

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 5: Σκέδαση αδρονίων και χρυσός κανόνας του Fermi. Λέκτορας Κώστας Κορδάς

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

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 8: Παραγωγή σωματιδίων σε υψηλές ενέργειες + Πρότυπο αδρονίων με στατικά quarks

Μαθηµα Φεβρουαρίου 2011 Tuesday, February 22, 2011

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

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

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

55/377. 2E A 2E 1 (2π) 3 d 3 p n. p f

Προλεγόµενα. Σπύρος Ευστ. Τζαµαρίας

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

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Ιατρική Φυσική: Δοσιμετρία Ιοντίζουσας Ακτινοβολίας. Βιολογικές επιδράσεις. Ακτινοπροστασία

Το Ισοτοπικό σπιν Μαθηµα 5ο 30/3/2017

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. 5 ο Εξάμηνο Δεκέμβριος 2009

Αντιδράσεις των κοσμικών ακτίνων στην ατμόσφαιρα, Καταιονισμοί.

Μάθημα 7 α) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό β) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Ενεργός διατοµή Χρυσός Κανόνας του Fermi

Αντιδράσεις των κοσμικών ακτίνων στην ατμόσφαιρα,

Ο Maxwell ενοποίησε τις Ηλεκτρικές με τις Μαγνητικές δυνάμεις στον

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Πυρηνική δύναμη Μεσόνια και θεωρία Yukawa Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

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

Ιατρική Φυσική. Π. Παπαγιάννης Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής, Ιατρική Σχολή Αθηνών Γραφείο

Το Καθιερωμένο Πρότυπο. (Standard Model)

Ασκήσεις στην Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων


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

1 p p a y. , όπου H 1,2. u l, όπου l r p και u τυχαίο μοναδιαίο διάνυσμα. Δείξτε ότι μπορούν να γραφούν σε διανυσματική μορφή ως εξής.

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

Πυρηνικές Δυνάμεις. Διάλεξη 4η Πετρίδου Χαρά

ΣΩΜΑΤΙ ΙΑΚΗ ΦΥΣΗ ΦΩΤΟΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

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

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΑΚΤΙΝΕΣ γ

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

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 3η Πετρίδου Χαρά

Μάθημα 7 α) QUIZ β-διάσπαση β) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό γ) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Μάθημα 7o Οπτικό θεώρημα και Συντονισμοί 23/4/2015

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

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

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 3β: Σκέδαση αδρονίων και χρυσός κανόνας του Fermi

Μάθημα 5 α) Μέγεθος του πυρήνα β) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας γ) Ασκήσεις σετ #2 - εκφωνήσεις

Πρότυπο Αδρονίων µε Στατικά κουάρκ Ι

Πειράµατα Πυρηνικής Φυσικής Χρησιµοποιώντας Πολωµένους Στόχους. He και Πολωµένες Δέσµες Ακτίνων-γ

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

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

Στοιχειώδη Σωματίδια II. Διάλεξη 11η Πετρίδου Χαρά

Ενεργός Διατοµή (Cross section)

Μάθημα 2c Ενεργός διατομή, μέση ελεύθερη διαδρομή και ρυθμός διασπάσεων

To θετικό πρόσημο σημαίνει ότι το πεδίο προσφέρει την ενέργεια για τη μετακίνηση αυτή.

Μάθημα 4 Mέγεθος πυρήνα

Ιατρική Φυσική. Π. Παπαγιάννης Επίκ. Καθηγητής, Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής, Ιατρική Σχολή Αθηνών Γραφείο

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. Ασκήσεις Στοιχειωδών Σωματιδίων

Η εξίσωση Dirac (ΙI) Σπύρος Ευστ. Τζαμαρίας Στοιχειώδη Σωμάτια 1

Μάθημα 2 α) QUIZ στην τάξη. Ενεργός διατομή β) Μέγεθος του πυρήνα γ) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας

ΟΠΤΙΚΟ ΘΕΩΡΗΜΑ (Optical Theorem)

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

Πανεπιστήμιο Αθηνών Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών, Τεχνολογίας, Περιβάλλοντος Γ Λυκείου 10 Απριλίου 2010

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

1η ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ. Ηλεκτρικά πεδία

1. Ηλεκτρικό Φορτίο. Ηλεκτρικό Φορτίο και Πεδίο 1


1. Μετάπτωση Larmor (γενικά)

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Φερμιόνια & Μποζόνια

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

Μάθημα 12, 13, 14 Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

Επίδραση μαγνητικού πεδίου της Γης. (συνοδεύει τις διαφάνειες)

ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Γ

Ενότητα 4: Κεντρικές διατηρητικές δυνάμεις

Ηλιακά νετρίνα. Εικόνα 1 Πυρηνικές αντιδράσεις στο κέντρο του ηλίου. * σ ve : 9.3*10-45 cm 2 (E/Mev) 2

Ηλεκτρική και Μηχανική ταλάντωση στο ίδιο φαινόμενο

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 2η Πετρίδου Χαρά

Μάθημα 3α Ενεργός διατομή και μέση ελεύθερη διαδρομή

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 : AΤΟΜΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ

Διάλεξη 18: Καθιερωμένο πρότυπο (1978-?)

Transcript:

ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΩΝ ΠΑΡΤΟΝΙΩΝ Παρουσίαση στα πλαίσια του Μεταπτυχιακού Μαθήματος: Στοιχειώδη Σωμάτια Υπεύθ. Καθηγήτρια: Μ. Σπυροπούλου - Στασινάκη 05.0.008

Σύνοψη Παρουσίασης Εισαγωγή Ελαστική σκέδαση e-μ-->e-μ Ελαστική σκέδαση e-p->e-p Ανελαστική σκέδαση e-p->e-χ Βάθμιση Bjorken Μοντέλο Παρτονίων Quarks - Gluons Βιβλιογραφία 05.0.008

Εισαγωγή Feynman & Bjorken (~970) ερμηνεία αποτελεσμάτων DIS (Deep Inelastic Scattering) e- σε Ν. τα νουκλεόνια αποτελούνται απο σημειακά συστατικά, τα παρτόνια δημιουργία πλαισίου για υπολογισμούς των ενεργών διατομών των σκεδάσεων συναρτήσεις δομής των νουκλεονίου Το μοντέλο επαληθεύει εξαιρετικά τα πειραματικά αποτελέσματα Τελικά, τα παρτόνια ταυτίζονται με τα quarks στην QCD 05.0.008 3

Εισαγωγή Σκεδάσεις - αποκάλυψη εσωτερικής δομής σωματιδίου, ανάλογα βέβαια και με τη διαθέσιμη ενέργεια του σωματιδίου-βλήματος a d 4pi sin 4 θ / Σκέδαση Rutherford p σημειακό 4πα 4 dq q ακίνητο πρωτόνιο (pi pf) η διόρθωση : το p έχει δομή σκέδαση από μη σημειακό φορτίο exp Ruth. [ F q ] όπου παράγοντας δομής του p F q η διόρθωση : spin e / σκέδαση από σημειακό p Mott cos θ / Ruth. E / M sin θ / όπου E η ενέργεια του εισ. e και Μ η μάζα του p 05.0.008 4

Εισαγωγή 3η διόρθωση : spin p / - αλληλεπίδραση και με τη μαγνητική ροπή (.79 nm) Mott [ A q +B q tan θ / ] σχέση Rosenbluth, με A και Β τον ηλεκτρικό και μαγνητικό παράγοντα μορφής αντιστοίχως Σε μεγάλες γωνίες σκέδασης (μεγάλες ορμές) η σχέση αποκλίνει από τα πειραματικά δεδομένα -> σύνθετη δομή του p 05.0.008 5

Ελαστική Σκέδαση eμ->eμ Το αναλλοίωτο πλάτος της σκέδασης, είναι: M fi j μe m e j [ u k' γ μ u k ] [ u p' γ μ u p ] μ q q υπολογίζουμε τη μέση τιμή του ως προς τις τελικές καταστάσεις των spin M fi 4 8e k'p' kp k'p kp' m e p'p m m k'k me mm ] 4 [ q στο σύστημα ηρεμίας του μ και αγνοώντας την me, καταλήγουμε M fi [ ] 8 e 4 8 e4 θ q θ q kp k'p k'p kp m m q 4 EE'm m cos sin 4 q q mm [ ] Με χρήση του χρυσού κανόνα Fermi με α 4 E sin Mott 4 [ θ θ E / mm sin cos ] θ q θ sin mm [ Mott ] q θ tan mm α cos θ / 4 E sin 4 θ / [ E / M sin θ / ] λόγω αλλ/σης με τη μαγν. ροπή του μ 05.0.008 6

Ελαστική Σκέδαση ep->ep Στηριζόμαστε στη διαδικασία που ακολουθήσαμε κατά τη σκέδαση eμ->eμ όμως πρέπει κάπως να εισάγουμε τη σύνθετη δομή του p Το αναλλοίωτο πλάτος είναι κατά τα γνωστά μ M fi j e p Jμ q το ρεύμα του p?? μ μ J p e u p' Γ u p το J μp είναι 4-άνυσμα, άρα η πιο γενική έκφραση του [ Γ μ F q γ μ με για σ μν i / [ γ μ,γ ν ] q 0 και F, F Γ μ κ F q iσ μν q ν m p είναι: ] παράγοντες δομής σκέδαση από σωματίδιο φορτίου e και μ (+κ)e/mp 05.0.008 Mott {[ F q ] κ q q F q F q +κf q tan θ / m p 4m p [ ] } 7

Ελαστική Σκέδαση ep->ep ορίζουμε τον ηλεκτρικό (GE) και μαγνητικό (GM) παράγοντα δομής για το p G E F οπότε κq F 4mp Mott [ και G Μ F +κf G E q / 4m p G M q / 4m p ] q θ G M tan m p / d exp θ A Q +B Q tan / d Mott Q q βάθμιση (scaling) G Ep q G Mp q G nm q G q μp μn G E q 0 n G q 05.0.008 q mp 8

Ανελαστική Σκέδαση ep->eχ q μεγάλο -> μεγάλη πιθανότητα ανελαστικής σκέδασης [ ] 4α E' θ θ W Q,v cos W Q,v sin 4 d de' Q οι συναρτήσεις δομής του p W Q,v, W Q,v Κινηματική ελαστικής και ανελαστικής σκέδασης ελαστική σκέδαση: p'p+q p' p +q p q Q mv ανελαστική σκέδαση: p'p+q p' p +q p q W m +q mv Q m mv W Στο σημείο αυτό είναι χρήσιμη η εισαγωγή της μεταβλητής x x Q mv... η οποία στη συνέχεια θα αποκτήσει πολύ σημαντικό ρόλο 05.0.008 9

Ανελαστική Σκέδαση ep->eχ θ 45ο W M Q Mv LHC ~ 0-7 DIS θ 60ο σκέδαση e- ενέργειας 400 MeV σε 4He 05.0.008 0

Ανελαστική Σκέδαση ep->eχ G q q mp G Λ Q +Q / Λi η μεταβλητή Λi εκφράζει τη κλίμακα μελέτης του συστήματος -> βάθμιση Λnucleus : (a) Λnucleon : (b) Λ0 05.0.008 : (c)

Βάθμιση Bjorken Τελικά το p αποτελείται από σημειακά σωματίδια? Αν ισχύει η υπόθεση, πρέπει για μεγάλα Q, οι συναρτήσεις δομής του p να αποκτήσουν μορφή που θα αντιστοιχεί σε σκέδαση σωματιδίου(ων) χωρίς εσωτερική δομή. Η σκέδαση θα είναι ουσιαστικά υπέρθεση ελαστικών σκεδάσεων από ελεύθερα σημειακά φορτία. ελ. σκέδαση e-p W el Q,v W el Q,v ελ. σκέδαση (partons) Q Q G M δ v 4m p m p G E Q / 4mp G M +:Q / 4mp Q δ v m p mq W q Q,v Q Q δ mq v mq v vw q Q,v δ Q m q v Αν η σκέδαση γίνεται από σημειακά σωμάτια partons με Q,v, οι συναρτήσεις δομής (F,F) πρέπει να παραμένουν πεπερασμένες και εξαρτώμενες μόνο από τη ποσότητα x. Η ποσότητα x είναι αδιάστατη -> δεν υπάρχει χαρακτηριστική κλίμακα μελέτης -> δεν υπάρχει βαθμίδα. βάθμιση Bjorken 05.0.008 m p W Q,v F m p v / Q F / x F ω v W Q,v F m p v / Q F / x F ω με ω q p Mv Q Q

Βάθμιση Bjorken Πειραματική Επιβεβαίωση... ω x ανελαστική e-p σκέδαση στο SLAC σε μεγάλα Q οι συναρτήσεις δομής είναι ανεξάρτητες της ορμής x0.5 (σταθερό) οι συναρτήσεις δομής ανεξάρτητες της μεταβολής του Q 05.0.008 3

Μοντέλο Παρτονίων Φυσική ερμηνεία της βάθμισης Bjorken δόθηκε από τον Feynman (969) -> Μοντέλο Παρτονίων Στο εσωτερικό του πρωτονίου υπάρχουν ελέυθερα, φορτισμένα και χωρίς δομή σωματίδια που ονομάζονται παρτόνια, με τα οποία αλληλεπιδρά το δυνητικό φωτόνιο στη βαθιά ανελαστική σκέδαση. Σε κάθε παρτόνιο αντιστοιχεί ένα κλάσμα της ολικής ενέργειας και ορμής του πρωτονίου x: το κλάσμα της ολικής 4-ορμής του p που έχει ένα παρτόνιο διαφορετικά είδη παρτονίων στο p φορτισμένα με κλασματικό φορτίο spin ½ Επομένως, η αλληλεπίδραση του δυνητικού φωτονίου με τα παρτόνια ακολουθεί τη e-μ σκέδαση με μόνη διαφοροποίηση το διαφορετικό φορτίο. Για να απορροφηθεί το φωτόνιο, πρέπει να έχει τη συγκεκριμένη τιμή x του παρτονίου, όπως υποδεικνύει η δ-συνάρτηση στις σχέσεις της επόμενης διαφάνειας. 05.0.008 4

Μοντέλο Παρτονίων Η συνεισφορά του ι παρτονίου στις συναρτήσεις δομής του p, είναι: W i e i Q Q δ v m p x 4mp x και W i e i δ v Q m p x το κάθε παρτόνιο λαμβάνει τμήμα του ολικού x του p με κάποια πιθανότητα. Αν ολοκληρώσουμε ως προς όλες τις δυνατές τιμές του x και αθροίσουμε για κάθε παρτόνιο, προκύπτουν οι σχέσεις: m p W Q,v F x i ei f x i και vw Q,v F x e i xf i x 3 i και καταλήγουμε στη σχέση Callan Gross η οποία επαληθεύεται πειραματικά για παρτόνια με spin ½. xf x F x SLAC 05.0.008 5

Quarks Gluons Έχουμε πλέον πεισθεί ότι τα παρτόνια χαρακτηρίζονται από spin /. Απομένει ο προσδιορισμός του φορτίου των παρτονίων -> σκεδάσεις ν-ν Θα στηριχθούμε στο πλαίσιο της σκέδασης ν-e. Είναι CC αλλ/σεις, και σύμφωνα με τη V-A θεωρία το αναλλοίωτο πλάτος και οι ολικές ενεργές διατομές, δίνονται από τις εκφράσεις: G M fi [ u k' γ μ γ 5 u p ] [ u p' γ μ γ 5 u k ] G me E v π G m e E v σ v e e σ v e e 3π σ ve e σ νe e σ νe e σ νe e σ νe e 3 σωμάτιο σωμάτιο : Jz0 αντισωμάτιο αντισωμάτιο : Jz0 αντισωμάτιο σωμάτιο : Jz σωμάτιο αντισωμάτιο : Jz 05.0.008 6

Quarks Gluons Στηριζόμενοι στα προηγούμενα αποτελέσματα μελετάμε τη σκέδαση νμν -> μ-χ Η μόνη διαφορά είναι το φορτίο των παρτονίων-quarks. G s v d μu dy v μ d μ u π dy μ y G s vμ u μ d vμu μ d y dy dy π v E vlab Αν υποθέσουμε ότι η διαφορική ενεργός διατομή της νμν -> μ-χ, μπορεί να υπολογισθεί ως άθροισμα των επιμέρους δ.ε.δ. των quark, τότε: v μ N μχ f x i v q μq f dxdy dy μ i i [ με f x i ] sxs η πιθανότητα του quark τύπου ι να έχει κλάσμα ορμής x. Οι νόμοι διατήρησης επιβάλλουν τα ν να αληλεπιδρούν με u και αντι-d quark, ενώ τα αντι-ν αλληλεπιδρούν με αντι-u και d quark. G xs x ] v μ N μχ [ Q x y Q dxdy π Q x u x +d x 4 G xs vμ N μ Χ [ Q x y Q x ] dxdy π 05.0.008 x u Q x d x συναρτήσεις κατανομής των quark 7

Quarks Gluons Οι δ.ε.δ. μπορούν να γραφούν συναρτήσει των συναρτήσεων δομής του Ν d σ v, v G E ' E E ' v, v [W v, v Q, v sin θ / W v, v Q, v cos θ / W 3 Q, v ] mn dq dv π E όπου η συνάρτηση δομής W3 εισάγεται λόγω της ανάμειξης ρευμάτων V και V-A Με χρήση των μεταβλητών x και y και εφαρμόζοντας τις σχέσεις βάθμισης και Callan-Gross (...και παραλείποντας κάποια βήματα), καταλήγουμε στη σχέση: d σ v N, v N G s [ F ± xf 3 F xf 3 y ] dxdy 4π Συγκρίνοντας με τη (4) προκύπτουν: vn x ] F x [ Q x Q vn x ] xf 3 x [ Q x Q Συγκρίνοντας τις F για νν και en σκέδαση μπορούμε να αποφανθούμε για το φορτίο των quark που εισήχθει στο Quark Model. Υποθέτοντας ότι στο p υπάρχουν μόνο u, d, s quark και anti-quark και αντικαθιστώντας στη (3) τα φορτία τους, έχουμε για τη σκέδαση en: F ep x / x 4 p 5 [ u x u p x ] [ d p x d p x +s p x s p x ] F en [ u x u x d x d x ] [ s x s x ] x / x 9 9 8 9 05.0.008 8

Quarks Gluons Άρα ο λόγος ep F x / x δίνει τις πυκνότητες των quark στο p με βάρος το φορτίο τους F vn u x +d x d x / x u x Συγκρίνοντας τις δύο τελευταίες εξισώσεις βρίσκουμε ότι: en F vn F 5 8...που είναι ίσο με τη μέση τιμή του αθροίσματος των τετραγώνων των φορτίων των quark. Η ισότητα ισχύει αν αγνοήσουμε τη συνεισφορά από τα s, c,... quark. Συμπεραίνουμε, ν και τα e βλέπουν τον ίδιο τύπο δομής του Νουκλεονίου τα quarks έχουν κλασματικό φορτίο 05.0.008 9

Quarks Gluons Τα πειράματα με δέσμες νετρίνων βοήθησαν και στο προσδιορισμό των συναρτήσεων κατανομής των quark, antiquark και ως εκ τούτου το διαχωρισμό των q του Νουκλεονίου σε quark σθένους (valence) και σε quark της θάλασσας (sea). Η ολική κατανομή των quark είναι: q x qv x qs x όμως στα p και n : υπάρχουν μόνο u και d quark σθένους στη θάλασσα οι γεύσεις των q και των αντίστοιχων anti-q εμφανίζονται με την ίδια συχνότητα Άρα, F ep x x 4 4u x d v x ] xs x 9[ v 3 F en x x 4 u x 4d v x ] xs x 9[ v 3 αν υπερέχουν τα sea quark: F x / F x αν υπερέχουν τα uv quark: F x / F x / 4 05.0.008 en ep en ep 0

Quarks Gluons Η αρχική υπόθεση ότι στο Νουκλεόνιο υπάρχουν 3 quark σθένους επιβεβαιώθηκε από τους Groot et al. και Benvenuti et al. F vn 3 x dx 3. ± 0. 5 ή. 8 ± 0. 6 0 Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα από τις σκεδάσεις με νετρίνα προσδιορίζονται έμμεσα και τα quark της θάλασσας, μέσω της εύρεσης των συναρτήσεων F,3 vn vn d σ d σ G s F [ y ] dxdy dxdy π d σ vn d σ v N G s xf 3 [ y ] dxdy dxdy π 05.0.008

Quarks Gluons Αν το Νουκλεόνιο αποτελείτο αποκλειστικά από q και αντι-q, θα έπρεπε η ολική ορμή τους να ισούται με την ορμή του Νουκλεονίου.: 8 u x d x d x ] dx F en x dx F vn x dx x [ u x 5 0 0 0 Κάτι τέτοιο δε συμβαίνει... Τα quark (antiquark) έχουν μόνο το 0.5 της ολικής ορμής Το υπόλοιπο ποσοστό της ορμής θα πρέπει να κατανέμεται σε συστατικά αόρατα στις Η/Μ και ασθενείς αλληλεπιδράσεις -> gluons Gluons φορείς της ισχυρής αλληλεπίδρασης με φορτίο το χρώμα υπεύθυνα για το δέσιμο των quark στα αδρόνια 05.0.008

Βιβλιογραφία W. E. Burcham, M. Jobes, Nuclear and Particle Physics CMS Collaboration, Physics - TDR R. P. Feynman, Phys. Rev. Lett. 3 (969) 45 F. Halzen, A. D. Martin, Quarks and Leptons P. Hansson, The Parton Model D. H. Perkins, Introduction to High Energy Physics 05.0.008 3

BACK UP SLIDES 05.0.008 4

m p W Q,v F x 05.0.008 δ xω x ω 5

Μοντέλο Παρτονίων Η περίπτωση παρτονίων με spin 0 αποκλείεται εντελώς. Γιατί?? 05.0.008 6