Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 4: Σκέδαση αδρονίων. Λέκτορας Κώστας Κορδάς

Σχετικά έγγραφα
Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 3: (Ανιχνευτές,) Κινηματική και Μονάδες

Δ. Σαμψωνίδης & Κ.Κορδάς. Ανιχνευτές : Μάθημα 1β Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας με την ύλη.

Μάθημα 18 Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας με την ύλη.

Κ.Κορδάς. Ανιχνευτές : Μάθημα 2 Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας με την ύλη.

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

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

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Χ. Πετρίδου, Κ. Κορδάς. Μάθημα 2β: Πειράματα-Ανιχνευτές

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου)

Δ. Σαμψωνίδης & Κ.Κορδάς. Ανιχνευτές : Μάθημα 2 Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας με την ύλη.

Ανιχνευτές Thursday 6 March 14

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

Μαθηµα 20 Ανιχνευτές

Μαθηµα 20 Ανιχνευτές

Ενεργός διατοµή Χρυσός Κανόνας του Fermi

Μαθηµα Tuesday, February 22, 2011

ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΙΙ. ΜΑΘΗΜΑ 4ο

Σε περίπου 200 µέρες θα ξεκινήσει το LHC

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Χ. Πετρίδου. Μάθημα 4: Σκέδαση αδρονίων και O Xρυσός Kανόνας του Fermi

Δ. Σαμψωνίδης & Κ.Κορδάς. Ανιχνευτές : Μάθημα 3 Σπινθηριστές και καλοριμετρία - μέτρηση ενέργειας σωματιδίου

Δ. Σαμψωνίδης & Κ.Κορδάς. Ανιχνευτές : Μάθημα 2β Μέτρηση ορμής σωματιδίου

Μαθηµα Φεβρουαρίου 2011 Tuesday, February 22, 2011

Κ.Κορδάς. Ανιχνευτές : Μάθημα 4 Σπινθηριστές και καλοριμετρία - μέτρηση ενέργειας σωματιδίου

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Χ. Πετρίδου, Κ. Κορδάς. Μάθημα 3a: Σκέδαση αδρονίων και χρυσός κανόνας του Fermi

dx A β δ: παράμετρος πυκνότητας, πόλωση του μέσου, ενέργεια πλάσματος τι περιμένουμε 1/ 2 πτώση Ένα ελάχιστο: minimum ionizing particle: MIP

Πειραµατική Θεµελείωση της Φυσικής

Δ. Σαμψωνίδης & Κ.Κορδάς. Ανιχνευτές : Μάθημα 1α Ενεργός διατομή αλληεπίδρασης σωματιδίων, μέση ελεύθερη διαδρομή σωματιδίου

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Χ. Πετρίδου. Μάθημα 4: Σκέδαση αδρονίων και O Xρυσός Kανόνας του Fermi

Μάθημα 3α Ενεργός διατομή και μέση ελεύθερη διαδρομή

Μάθημα 5 - Πυρηνική 1) Ειδη διασπάσεων και Νόμος ραδιενεργών διασπάσεων 2) αλφα, 3) βητα, 4) γαμμα

Ενεργός διατοµή Χρυσός Κανόνας του Fermi (a)

Δ. Σαμψωνίδης & Κ.Κορδάς. Ανιχνευτές : Μάθημα 1 Ενεργός διατομή αλληεπίδρασης σωματιδίων, μέση ελεύθερη διαδρομή σωματιδίου

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 6: Xρυσός κανόνας του Fermi, χώρος των φάσεων, υπολογισμοί, ισοσπίν

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

상대론적고에너지중이온충돌에서 제트입자와관련된제동복사 박가영 인하대학교 윤진희교수님, 권민정교수님

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

P = E /c. p γ = E /c. (p) 2 = (p γ ) 2 + (p ) 2-2 p γ p cosθ E γ. (pc) (E γ ) (E ) 2E γ E cosθ E m c Eγ

p T cosθ B Γ. Τσιπολίτης K - + p K - + p p slow high ionisation Κατά τον ιονισμό το εκπεμπόμενο μ e θα έχει κινητική ενέργεια : 0 T T max

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

# αλλ/σεων με e # αλλ/σεων με πυρήνες

Μάθημα 4 Mέγεθος πυρήνα

Αλληλεπίδραση των σωματιδίων με την ύλη

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

Μάθημα 4 Mέγεθος πυρήνα

Μιόνιο μ ±. Mass m = ± MeV Mean life τ = ( ± ) 10 6 s τμ+/τ μ = ± cτ = 658.

ΑλληλεπίδρασηΦορτισµένων ΣωµατιδίωνκαιΎλης. ηµήτρηςεµφιετζόγλου Εργ. ΙατρικήςΦυσικής Παν/µιοΙωαννίνων

p T cosθ B Γ. Τσιπολίτης K - + p K - + p p slow high ionisation Κατά τον ιονισμό το εκπεμπόμενο μ e θα έχει κινητική ενέργεια : 0 T T max

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου)

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

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 7: Οπτικό θεώρημα, συντονισμοί, παραγωγή σωματιδίων σε υψηλές ενέργειες

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

3. ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ KAI ΥΛΗ

Ακήσεις #1 Μήκος κύματος σωματιδίων, χρόνος ζωής και ραδιοχρονολόγηση, ενεργός διατομή, μέγεθος πυρήνων

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 1γ: Επιταχυντές (α' μέρος) Λέκτορας Κώστας Κορδάς

Μάθημα 1 α) Ύλη, τρόπος διαβάσματος και εξέτασης β) Εισαγωγή στο αντικείμενο γ) Πείραμα Rutherford, μονάδες, χρόνος ζωής ενεργός διατομή και ορισμοί

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

Κ.Κορδάς. Ανιχνευτές : Μάθημα 3 - Μέτρηση ορμής σωματιδίου - Ταυτοπίηση σωματιδίων

(1) Describe the process by which mercury atoms become excited in a fluorescent tube (3)

Φυσικά ή τεχνητά ραδιονουκλίδια

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

Αναζητώντας παράξενα σωµατίδια στο ALICE

Hadronic Tau Decays at BaBar

ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΕ ΤΗΝ ΥΛΗ

Διάσπαση σωµατιδίων. = m C 2 + p 2 = m C 2 + E B 2! m B E C = (E B = (E C. p B. , p), p C. ,- p) = (m A , 0) p A = E B. + m C 2 + E B 2! m B.

In your answer, you should make clear how evidence for the size of the nucleus follows from your description

Ανιχνευτές σωματιδίων

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

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

Πειραµατική Θεµελίωση της Φυσικής Στοιχειωδών Σωµατιδίων

Αλληλεπίδρασηφορτισµένων σωµατιδίωνµετηνύληκαιεφαρµογές

Theory Greek (Cyprus) Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (10 μονάδες)

Άσκηση ATLAS Z path Τι θα μετρήσουμε σήμερα και πώς

δ-ray με κινητική ενέργεια T e και ορμή p e παράγεται σε μια γωνία Θ q, p

Φυσική Στοιχειωδών Σωµατιδίων ΙΙ. Μάθηµα 1ο 26/2/2015

Solutions to the Schrodinger equation atomic orbitals. Ψ 1 s Ψ 2 s Ψ 2 px Ψ 2 py Ψ 2 pz

Προλεγόµενα. Σπύρος Ευστ. Τζαµαρίας

Πυρηνική δύναμη Μεσόνια και θεωρία Yukawa Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

Ανακλώμενο ηλεκτρόνιο KE = E γ - E γ = E mc 2

Αντιδράσεις των κοσμικών ακτίνων στην ατμόσφαιρα, Καταιονισμοί.

( E σε GeV) m m. E E mc E E. m c

the total number of electrons passing through the lamp.

Πυρηνικές Αντιδράσεις

Υπολογιστική Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων

Ασκήσεις #1 επιστροφή 15/10/2012

Σκοπός της εργαστηριακής αυτής άσκησης είναι η μελέτη της εμβέλειας των σωματίων α στην ύλη.

Σχετικιστική Κινηματική

Phys460.nb Solution for the t-dependent Schrodinger s equation How did we find the solution? (not required)

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

Μάθημα 1 α) Ύλη, τρόπος διαβάσματος και εξέτασης β) Εισαγωγή στο αντικείμενο γ) Πείραμα Rutherford, μονάδες, χρόνος ζωής ενεργός διατομή και ορισμοί

LIGHT UNFLAVORED MESONS (S = C = B = 0)

Μάθημα 2 Πείραμα Rutherford και μέγεθος πυρήνων, Πυρήνες-συμβολισμοί

HOMEWORK 4 = G. In order to plot the stress versus the stretch we define a normalized stretch:

Εισαγωγή στην Πυρηνική Φυσική και τα Στοιχειώδη Σωµάτια

Μάθημα 7 Διαγράμματα Feynman

[1] P Q. Fig. 3.1

Μάθημα 3 Αυθόρητη διάσπαση και χρόνος ζωής, Σκεδάσεις και Ενεργός διατομή

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 4: Οπτικό θεώρημα και συντονισμοί

Η απορρόφηση των φωτονίων από την ύλη βασίζεται σε τρεις µηχανισµούς:

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

CERN-ACC-SLIDES

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

Transcript:

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 4: Σκέδαση αδρονίων Λέκτορας Κώστας Κορδάς Αριστοτέλειο Πανεπιστήμ ιο Θεσσαλονίκης Στοιχειώδη ΙΙ, Αριστοτέλειο Παν. Θ/νίκης, 22 Μαρτίου 2010

Τι θα συζητήσουμε Αλληλεπίδραση σωματιδίων με την ύλη προηγούμενο μάθημα Μονάδες Σκέδαση σωματιδίων Lifetimes, Decay rates, Decay amplitutes(widths) & cross sections Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 2

Προηγούμενο μάθημα Πειραματικές διατάξεις Ιχνηλασία και Καλοριμετρία Αλληλεπίδραση σωματιδίων με την ύλη Ακρίβεια μέτρησης ορμής/ενέργειας με κάθε τεχνική Διάφορες μετρήσεις Πιθανότητα διακλάδωσης (Branching Ratio) Μάζα Χρόνος ζωής =Lifetime (από decay length) Κινηματική και μονάδες Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 3

Ακρίβεια μέτρησης ορμής Η ακρίβεια μέτρησης της ορμής μεγαλώνει (δηλ., η αβεβαιότητα μικραίνει), με: Πολλά σημεία μετρήσεων Μεγάλο Β Μεγάλο μήκος ανιχνευτή (L) ε=ακρίβεια μέτρησης σημείου (π.χ. ε=0.3mm) σ(p)/p T = const * p T όσο μεγαλύτερη η ορμή, τόσο πιο ανακριβής (%) η μέτρηση Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 4

Φορτισμένο σωματιδίο χάνει ένεργεια διαπερνώντας την ύλη: specific Energy Loss (1/ρ de/dx) Για να υπολογίσουμε την απώλεια ενέργειας ανά μονάδα απόστασης (de/dx, σε MeV/cm), πρέπει να πολλαπλασιάσουμε το 1/ρ de/dx (σε MeV cm 2 /g) με την πυκνότητα ρ του υλικού. 1/ρ de/dx βγ Ένα σωματίδιο διασχίζει ένα υλικό με πυκνότητα ρ. Ανάλογα με την ορμή του, το σωματίδιο χάνει ενέργεια και με διαφορετικό μηχανισμό. Π.χ., στην περιοχή βγ=[0.1 1000] (περιοχή Bethe-Bloch) έχουμε απώλειες με ιονισμό του υλικού. Από εκεί και πάνω, η απώλεια ενέργειας είναι κυρίως λόγω εκπομπής φωτονίων (δηλ., με radiation = Bremsstahlung) Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 5

Απώλεια ενέργειας με ιονισμό και διέγερση του υλικού (Bethe-Bloch) Z 1 e = φορτίο προσπίπτοντος σωματιδίου β=η ταχύτητά του ρ,ζ,α = πυκνότητα κλπ. του ανιχνευτή Bethe Bloch Formula The specific Energy Loss 1/ρ de/dx first decreases as 1/β 2 increases with ln γ for β =1 is independent of M (M>>m e ) is proportional to Z 1 2 of the incoming particle. is independent of the material (Z/A const) shows a plateau at large βγ (>>100) de/dx 1-2 * ρ [g/cm 3 ] MeV/cm Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 6 1/ρ de/dx βγ=p/mc Minimum ionizing particle When βγ ~ 3.

π.χ. Μιόνιο διαπερνά σίδερο - απώλεια ενέργειας (Energy Loss) Bethe Bloch Formula, a few Numbers: Σημειώστε ότι για Z 0.5 A: 1/ρ de/dx 1.4 MeV cm 2 /g, όταν βγ 3 (minimum ionizing) a minimum ionizing particle (MIP) Παράδειγμα : Σίδερο: πάχος = 100 cm; ρ = 7.87 g/cm 3 de 1.4 * 100* 7.87 = 1102 MeV 1/ρ A 1.15 GeV Muon can traverse 1m of Iron! Για να υπολογίσουμε την απώλεια ενέργειας ανά μονάδα απόστασης (de/dx, σε MeV/cm), πρέπει να πολλαπλασιάσουμε το 1/ρ de/dx (σε MeV cm 2 /g) με την πυκνότητα ρ του υλικού. Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 7

Σωμάτια σταματούν απόσταση(range) Particle of mass M and kinetic Energy E 0 enters matter and looses energy until it comes to rest at distance R (=range of particle). Bragg Peak: For βγ>3 the energy loss is constant (Fermi Plateau) As the energy of the particle falls, below βγ=3, the energy loss rises as 1/β 2 Towards the end of the track the energy loss is largest Cancer Therapy Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 8

Χωρική κατανομή εναπόθεσης της ενέργειας Average Range: Towards the end of the track the energy loss is largest Bragg Peak Cancer Therapy Photons 25MeV Carbon Ions 330MeV Relative Dose (%) Εναπόθεση της ενέργειας της ακτινοβολίας/σωματιδίων με ακρίβεια στην παθογενή περιοχή Cobalt 60 γ γ (~1 MeV each) Electrons 21 MeV Depth of Water (cm) Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 9

Ηλεκτρόνια/φωτόνια μπορείς έυκολα να τα σταματήσεις Electron Momentum 5 50 500 MeV/c Critical Energy (κριτική ενέργεια): όταν de/dx (Ionization) = de/dx (Bremsstrahlung) For the muon (the second lightest particle after the electron) the critical energy is at 400GeV. - Muon in Copper: σε p 400GeV φτάνει κριτική ενέργεια - Electron in Copper: σε p 20MeV φτάνει κριτική ενέργεια The EM Bremsstrahlung is therefore only relevant for electrons (at the energies of the past and present Detectors) μόνο τα ηλεκτρόνια κάνουν ΕΜ shower Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 10

Ηλεκτρόνια και φωτόνια σε πυκνή ύλη - EM shower Pair production (δίδυμη γένεση) Bremsstahlung X 0 = radiation length = average distance a high energy electron has to travel before reducing it s energy from E 0 to E 0/ /e by photon radiation. Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 11

Καλοριμετρία Stopping particles Let us have a look at interaction of different particles with the same high energy (here 300 GeV) in a big block of iron: 1m electron The energetic electron radiates photons which convert to electron-positron pairs which again radiate photons which... This is the electromagnetic shower. muon The energetic muon causes mostly just the ionization... pion (or another hadron) Electrons and pions with their children are almost completely absorbed in the sufficiently large iron block. The strongly interacting pion collides with an iron nucleus, creates several new particles which interact again with iron nuclei, create some new particles... This is the hadronic shower. You can also see some muons from hadronic decays. Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 12

Καλοριμετρία ακρίβεια μέτρησης ενέργειας Όσο μεγαλύτερη η ενέργεια του προσπίπτοντος σωματιδίου τόσο περισσότερα σωματίδια παράγονται στο shower τόσο περισσότερες μετρήσεις έχουμε για το shower τόσο καλύτερη μέτρηση της ενέργειας έχουμε σ(ε)/ε ~ 1/sqrt(Ε). Π.χ., σ(ε)/ε = 10% / sqrt(ε) +quad 2% Δηλαδή: αντίθετα με τη μέτρηση της ορμής, η μέτρηση της ενέργειας στον καλορίμετρο γίνεται όλο και πιο ακριβής όσο μεγαλώνει η ενέργεια του μετρούμενου σωματιδίου! σ(ε)/ε (%) Calorimtery: σ(e)/e = 10%/sqrt(E) +quad 2% Tracking: σ(p)/p = 1% * p Ε (GeV) Από κάποια ενέργεια ηλεκτρονίων και πάνω, η μέτρηση ενέργειας από τον καλορίμετρο είναι πολύ καλύτερη απο του tracker Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 13

Όλα μαζί σ' έναν ανιχνευτή Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 14

Κινηματική Ορίζουμε το τετρα-διάνυσμα (p) της ορμής ενός σωματιδίου: p = (E, p) Όπου p είναι το τετραδυάνυσμα, Ε η ενέργεια, και p η τρισ-διάστατη ορμή (p x, p y, p z ) Ο πολλαπλασισμός δύο τετραδιάστατων ορμών είναι αναλοίωτος ως προς το σύστημα αναφοράς και ορίζεται p 1 p 2 = E 1 Ε 2 p 1 p 2 = σταθερό = ανεξάρτητα του Για ένα σωματίδιο: συστήματος αναφοράς p 2 = E 2 p 2 = m 2 = σταθερά = η μάζα του ( μάζα ηρεμίας ) Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 15

Κινηματική παράδειγμα μέτρησης μάζας και χρόνου ζωής Κ 0 s π+ π - π + p 1 Κ 0 s L π - θ p 2 Το Κ 0 έχει χρόνο ζωής 0.89x10-10 s. Από τη στιγμή που δημιουργείται, ταξιδεύει λοιπόν για απόσταση L και πεθαίνει δίνοτας τη θέση του σε δύο πιόνια. Μετράμε τα μέτρα των ορμών των πιονίων p 1, p 2 και τη μεταξύ τους γωνία, θ. Αν p 1 = 367 MeV, p 2 = 594 MeV, m π = 140 MeV και θ= 51.653 degrees, πόση μάζα μετράμε για το καόνιο; Άλλο πείραμα τώρα: Αν σε πολλά γεγονότα σαν το πιό πάνω, μετράμε πάντα την ενέργεια του Κ 0 στα 10 GeV, και τη μέση s τιμή του L να είναι L = 0.933m, τότε πόσoς είναι ο χρόνος ζωής το καονίου που μετράμε; Απαντήσεις: http://lppp.lancs.ac.uk/lifetime/kaonlifetime.html Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 16

Κινηματική Μεταφορά από ένα σύστημα σ'ένα άλλο: Πώς αλλάζει η ενέργεια, πώς αλλάζει η ορμή; Σε συγηρούσεις, υπολογισμός Ενέργειας στο κέντρο μάζας E CM = ενέργεια διαθέσιμη για δημιουργία σωματιδίων Απαντήσεις: Η αρχή του κεφαλαίου της κινηματικής στo PDG έχει έναν ικανοποιητικό τρόπο προσέγγισης http://pdg.lbl.gov/2009/reviews/rpp2009-rev-kinematics.pdf Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 17

Μονάδες Τι θα συζητήσουμε Αποσύνθεση σωματιδίων Lifetimes, Decay rates, Decay amplitutes(widths) & cross sections Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 18

Συντομογραφίες για μονάδες, L, T, E Πολλαπλασιαστικές μονάδες: για χρόνο (s), μήκος (m), ενεέργεια (ev) P (peta) 10 15 T (tera) 10 12 G (giga) 10 9 M (mega) 10 6 k (kilo) 10 3 1 m (mili) 10 3 μ (micro) 10 6 n (nano) 10 9 p (pico) 10 1 2 f (fempto) 10 1 5 Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 19

Μονάδες L, T, E Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 20

Natural Units = Φυσικές μονάδες Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 21

Natural Units = Φυσικές μονάδες hc=197 MeV fm Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 22

Ηλεκτρομαγνητική σταθερά και φυσικές μονάδες Η ηλεκτρομαγνητική σταθερά σύζευξης = the EM coupling constant Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 23

Φυσικές μονάδες 1/137 1/137 Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 24

Μετρήσιμες ποσότητες Παρατηρώντας τη φύση για να καταλάβουμε ποιά είναι τα στοιχειώδη σωμάτια και πώς αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, έχουμε τα εξής πειραματικά εργαλεία (μετρήσεις): Particle decays (π.χ., π - μ - ν μ ) Pacticle scattering (σκέδαση σωματιδίων) Bound states of particles: δέσμιες καταστάσεις, π.χ., άτομο, μεζόνιο J/ψ (=c c) Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 25

Decay (=disintegration, αποσύνθεση ) Η πιθανότητα να πεθάνει ( probability to decay ) ένα σωματίδιο στο αμέσως επόμενο χρονικό διάστημα dt έιναι ανεξάρτητη από την ηλικία του σωματιδίου Γ = πιθανότητα για decay ανά μονάδα χρόνου = decay rate = decay width N(t+dt) - N(t) = - Γ dt N(t) N(t) = N(0) exp(-γt) Μέσος χρόνος ζωής = mean lifetime = τ = 1/Γ N(t) = N(0) exp(-t/τ) Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 26

Decay (=disintegration, αποσύνθεση ) Μέσος χρόνος ζωής = mean lifetime = τ = 1/Γ Το Γ είναι αποτέλεσμα των αλληλεπιδράσεων που εμφανίζονται σε μας ως decay του σωματιδίου. Eμείς μετράμε το lifetime ή το decay rate Γ. To Γ υπολογίζεται από τη θεωρία ως decay width = (κβαντμηχανικό amplitude of a process) 2 : Initial & final states Γ = <f H I NT i> 2 Hamiltonian operator of the interaction Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 27

Decay (=disintegration, αποσύνθεση ) Μέσος χρόνος ζωής = mean lifetime = τ = 1/Γ Αν ένα σωματίδιο μπορεί να κάνει decay με πολλούς (= n) τρόπους, τότε ο ολικός ρυθμός θανάτου (= total decay rate) θα είναι: Γ ΤΟΤ = Γ 1 + Γ 2 + Γ 3 + + Γ n To lifetime είναι τ = 1/Γ ΤΟΤ Το ποσοστό των σωματιδίων που κάνουν decay με τον τρόπο i, ονομάζεται branching ratio ή branching fraction Branching ratio for decay mode i = B i = Γ 1 / Γ ΤΟΤ π.χ., φορτισμένο πιόνιο, π + (= u d) Μάζα π + = 139.6 MeV, Lifetime = 2.6 x 10-8 sec π + μ + ν μ BR= 99.99 % π + e + ν e BR = 1.2 x 10-4 BR φυσική των αλληλεπιδράσεων Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 28

Κινηματική και Φυσική των αλληλεπιδράσεων Η ενέργεια και ορμή των προ.ι.όντων ενός decay είναι θέμα κινηματικής Η πιθανότητα να συμβεί κάποιο decay και η κατανομή των προ.ι.όντων στο χώρο υπολογίζεται από τη φθσική της αλληλεπίδρασης Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 29

Isotropic distribution of products Ισότροπη κατανομή των προ.ι.ώντων = Isotropic distribution Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 30

Isotropic distribution of products Ισότροπη κατανομή των προ.ι.ώντων = Isotropic distribution Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 31

Τι καινούργιο συζητήσαμε σήμερα Μονάδες Αποσύνθεση σωματιδίων Lifetimes, Decay rates, Decay amplitutes(widths) & cross sections Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 32

Την επόμενη φορά Ενεργός διατομή (= cross section) σκέδασης σωματιδίων Χρυσός κανόνας του Fermi Θ/νίκη - 22-Μαρ-2010 Κ. Κορδάς - Σκέδαση-Α 33