Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Χ. Πετρίδου, Κ. Κορδάς Μάθημα 3a: Σκέδαση αδρονίων και χρυσός κανόνας του Fermi Λέκτορας Κώστας Κορδάς Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Στοιχειώδη ΙΙ, Αριστοτέλειο Παν. Θ/νίκης, 7 Μαρτίου 2013
Σκέδαση και ενεργός διατομή Χρυσός κανόνας του Fermi Phase-space = xώρος των φάσεων Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 2
Σκέδαση και ενεργός διατομή α b σ=κάτι σαν την επιφάνεια που παρουσίαζει το σωματίδιο b στο επερχόμενο σωματίδιο α Αλλά δεν είναι το ίδιο! Δεν έχουμε hit or miss στην αλληλεπίδραση σωματιδίων Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 3
Σκέδαση και ενεργός διατομή Ισύει και για δέσμες σωματιδίων Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 4
Ενεργός διατομή: επί μέρους και ολική Η ενεργός διατομή δεν είναι γεωμετρικός παράγοντας Εξαρτάται από τα σωματίδια που αλληλεπιδρούν π.χ. σ(π+p) > σ(e+p) > σ(ν+p) Εξαρτάται επίσης και από τα παραγόμενα σωματίδια Mπορούμε να ορίσουμε τις επί μέρους ενεργές διατομές = exclusive cross section ) = σ i π.χ., σ(pp W), σ(pp Z) ολική ενεργός διατομή = inclusive cross section = σ t o t = Σ σ i Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 5
Ενεργός διατομή: συνάρτηση πολλών παραγόντων Η ενεργός διατομή δεν είναι γεωμετρικός παράγοντας Εξαρτάται από τα σωματίδια που αλληλεπιδρούν π.χ. σ(π+p) > σ(e+p) > σ(ν+p) Εξαρτάται επίσης και από τα παραγόμενα σωματίδια Επίσης, πού πάνε (γωνίες) και γενικά με τι 4-ορμή παράγονται τα σωματίδια αυτά Κάθε δυνατή τελική κατάσταση έχει μια πιθανότητα να συμβεί σ = συνάρτηση πολλών παραγόντων (θ, φ, p, m...) Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 6
Χρυσός κανόνας του Fermi M i f = <f H I N T i> = πλάτος της διαδικασίας ή martrix element...ρ f = phase-space factor = παράγοντας του χώρου των φάσεων Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 7
Χώρος φάσεων Ίσα που γίνεται: Με τίποτα! Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 8
Χωρος φάσεων Χώρος φάσεων: χώρος ορμών και θέσεων των σωματιδίων Κάθε σωματίδιο στο χώρο των φάσεων καταλαμβάνει όγκο h 3 Eρώτηση: πόσα σωματίδια έχουν ορμή με μέτρο μεταξύ p και p + dp και βρίσκονται σε μια στερεά γωνία dω??? Απάντηση: dn = (4π p 2 dp)(v * dω/4π) / h 3 dn = V dω p 2 dp / h 3 dn = dω p 2 dp / h 3 αριθμ. τέτοιων σωματιδίων σε V=1 Εφραγμογή στη σέδαση a + b c + d ρ f = dn/de o Πυκνότητα σωματιδίων στην τελική κατάσταση. ( Εο = ενέργεια στο κέντρο μάζας ) Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 9
Χωρος φάσεων Χώρος φάσεων: χώρος ορμών και θέσεων των σωματιδίων Κάθε σωματίδιο στο χώρο των φάσεων καταλαμβάνει όγκο h 3 Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 10
Χωρος φάσεων Χώρος φάσεων: χώρος ορμών και θέσεων των σωματιδίων Κάθε σωματίδιο στο χώρο των φάσεων καταλαμβάνει όγκο h 3 Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 11
Υπολογισμός μόνο με χώρο φάσεων σχετική ταχύτητα συκρουόμενων σωματιδίων Σημείωση: hbar = h/2π h = 2π * hbar = 2π (αφού hbar = 1) Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 12
Υπολογισμός μόνο με χώρο φάσεων σχετική ταχύτητα συκρουόμενων σωματιδίων Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 13
Τι μαθαινουμε? Αν δεν μπορώ να υπολογίσω το Μ, δεν έχω πρόβλευη για το τι θα μετρήσει το πείραμα. Αλλά μπορώ, μελετώντας τα αποτελέσματα του πειράματος και χρησιμοποιώντας συμμετρίες να καταλάβω κάτι για την αλληλεπίδραση και τα συμμετέχοντα σωματίδια Σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις κάνουμε συχνή χρήση συμμετριών (δύσκολος ο υπολογισμός των Matrix Elements) Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 14
Αρχή λεπτομερούς ισοζυγίου principle of detailed balance Εφραγμογή στη σέδαση a + b c + d Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 15
Αρχή λεπτομερούς ισοζυγίου Εφραγμογή στη σέδαση a + b c + d principle of detailed balance Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 16
Αρχή λεπτομερούς ισοζυγίου Εφραγμογή στη σέδαση a + b c + d principle of detailed balance Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 17
Εφαρμογή: Το σπιν του πιονίου Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 18
Εφαρμογή: Το σπιν του πιονίου Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 19
Γενικά: Συχνή χρήση συμμετριών στισ ισχυρές αλληλεπιδράσεις Αν δεν μπορώ να υπολογίσω το Μ, δεν έχω πρόβλεψη για το τι θα μετρήσει το πείραμα. Αλλά μπορώ, μελετώντας τα αποτελέσματα του πειράματος και χρησιμοποιώντας συμμετρίες να καταλάβω κάτι για την αλληλεπίδραση και τα συμμετέχοντα σωματίδια Σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις κάνουμε συχνή χρήση συμμετριών (δύσκολος ο υπολογισμός των Matrix Elements) θα δούμε λίγο το ΙΣΟΣΠΙΝ Θ/νίκη - 7-Μαρ-2013 Κ. Κορδάς - Σκέδαση - Χρυσος κανόνας Fermi - παράγοντας φάσεων 20