Το Ισοτοπικό σπιν Μαθηµα 5ο 27/3/2014

Σχετικά έγγραφα
Το Ισοτοπικό σπιν Μαθηµα 5ο 30/3/2017

Το Ισοτοπικό σπιν. και εγαρµογές του στην Πυρηνική Φυσική και τη Φυσική Στοιχειωδών Σωµατιδίων. Κώστας Κορδάς. LHEP, University of Bern

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

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

β διάσπαση II Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Νουκλεόνια και ισχυρή αλληλεπίδραση

Πυρηνικές Δυνάμεις. Διάλεξη 4η Πετρίδου Χαρά

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

Μάθημα 15 β-διάσπαση B' μέρος (διατήρηση σπίν, επιτρεπτές και απαγορευμένες

γ-διάσπαση Διάλεξη 17η Πετρίδου Χαρά Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Τμήμα T3: Χ. Πετρίδου. Μάθημα 9

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

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

Σημαντικό: Σε περίπτωση προβλήματος επικοινωνήστε με το διδάσκοντα

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. 5 ο Εξάμηνο Δεκέμβριος 2009

Μάθημα 9 Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό Yukawa Δευτέριο Βάθος πηγαδιού δυναμικού νουλεονίνων Ενέργεια Fermi

Ο Πυρήνας του Ατόμου

16/12/2013 ETY-202 ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 09. ΤΑΥΤΟΣΗΜΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ. 1396; office Δ013 ΙΤΕ. Στέλιος Τζωρτζάκης ΤΑΥΤΟΣΗΜΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ

β διάσπαση II Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

Σημαντικό: Σε περίπτωση προβλήματος επικοινωνήστε με το διδάσκοντα

Ξ. Ασλάνογλου Τμήμα Φυσικής Ακαδ. Έτος ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ

ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΙΙ. ΜΑΘΗΜΑ 4ο

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ - Ενότητα 1

Πρότυπο Αδρονίων µε Στατικά κουάρκ Ι

Δομή Διάλεξης. Ορισμός Ολικής Στροφορμής. Σχέση βάσης ολικής στροφορμής (j,m j ) με βάση επιμέρους στροφορμών (m 1,m 2 )

Διάλεξη 3: Ενέργεια σύνδεσης και πυρηνικά πρότυπα

Πυρηνική δύναμη Μεσόνια και θεωρία Yukawa Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

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

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

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

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 25η Πετρίδου Χαρά

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 12η Πετρίδου Χαρά

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 12η Πετρίδου Χαρά

Μάθημα 6 α) β-διάσπαση β) Χαρακτηριστικά πυρήνων, πέρα από μέγεθος και μάζα

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 20η Πετρίδου Χαρά. Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

Διάλεξη 2: Πυρηνική Σταθερότητα, σπιν & μαγνητική ροπή

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

Διάλεξη 16: Παράδοξα σωματίδια και οκταπλός δρόμος

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 : ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΤΟΥ ΠΥΡΗΝΑ. Η εξίσωση Schrödinger για ένα σωματίδιο χωρίς spin, έχει τη μορφή: ψ 4.1

ΛΕΠΤΟΝΙΑ ΗΜ ΚΑΙ ΑΣΘΕΝΕΙΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ FEYNMAN ΔΙΑΣΠΑΣΗ ΜΙΟΝΙΟΥ

Πυρηνική Επιλογής. Τα νετρόνια κατανέμονται ως εξής;

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

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

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

β - διάσπαση 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

Δευτερόνιο & ιδιότητες των πυρηνικών δυνάμεων μεταξύ δύο νουκλεονίων Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

Μάθηµα 2 Πείραµα Rutherford και µέγεθος πυρήνων, Πυρήνες-συµβολισµοί

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

Ατομική και Μοριακή Φυσική

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

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

Μάθημα 7 & 8 Κβαντικοί αριθμοί και ομοτιμία (parity) ουσιαστικά σημεία με βάση το άτομο του υδρογόνου ΔΕΝ είναι προς εξέταση

ΠΥΡΗΝΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

Μάθημα 9o' 12/5/2014

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

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

Μάθημα 5 α) β-διάσπαση β) Ασκήσεις


Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Τμήμα T3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου. Μάθημα 15

Κβαντική Μηχανική ΙΙ. Ενότητα 1: Γενική διατύπωση της Κβαντικής Μηχανικής Αθανάσιος Λαχανάς Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

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

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΙΣΤΙΚΗΣ ΥΝΑΜΙΚΗΣ Έλλειµµα µάζας και ενέργεια σύνδεσης του πυρήνα του ατόµου A

Λύσεις Θεµάτων - Κβαντοµηχανική ΙΙ (Τµήµα Α. Λαχανά) Ειδική Εξεταστική Περίοδος - 11ης Μαρτίου 2013

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Πρόσθεση Στροφορμών Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

Μάθημα 5 α) Αλληλεπίδραση νουκλεονίου-νουκλεονίου πυρηνική δύναμη και δυναμικό β) Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

( ) ( ) Hamiltonian φορμαλισμός. = L!q i. p i. q i. , p i = H. !p i. !q i, L q i, t S = L dt µεγιστοποιείται σε µια λύση της εξίσωσης κίνησης


ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ - Κεφάλαιο 4

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 2η Πετρίδου Χαρά

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 14 ΙΟΥΝΙΟΥ 2000 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ: ΦΥΣΙΚΗ

( )U 1 ( θ )U 3 ( ) = U 3. ( ) όπου U j περιγράφει περιστροφή ως προς! e j. Γωνίες Euler. ω i. ω = ϕ ( ) = ei = U ij ej j

Μάθημα 10 & 11 Πυρηνικό μοντέλο των φλοιών

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

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

Σπιν 1 2. Γενικά. Ŝ και S ˆz γράφονται. ιδιοκαταστάσεις αποτελούν ορθοκανονική βάση στον χώρο των καταστάσεων του σπιν 1 2.

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Τμήμα T3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου. Μάθημα 6β

Διάλεξη 5: Ατομική Δομή. Σύζευξη Σπιν-Τροχιάς

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.

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

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΑΚΤΙΝΕΣ γ

Κεφάλαιο 39 Κβαντική Μηχανική Ατόμων

3/12/2013 ETY-202 ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 08. ΤΟ ΣΠΙΝ. 1396; office Δ013 ΙΤΕ. Στέλιος Τζωρτζάκης ΤΟ ΣΠΙΝ

Διάλεξη 6: Ατομική Δομή Συμμετρία Εναλλαγής

Πρότυπο Αδρονίων µε Στατικά κουάρκ ΙΙ

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

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Ατομική Δομή ΙΙΙ Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

Βασικές αρχές της Φασµατοσκοπίας NMR

3. Τα άτομα για να είναι ουδέτερα πρέπει να έχουν τόσα ηλεκτρόνια όσα πρωτόνια. Άρα το άτομο του άνθρακα με Ζ=6, πρέπει να έχει 6 ηλεκτρόνια.

Στοιχειώδη σωμάτια. Τα σωμάτια ύλης

ETY-202. Ο γενικός φορμαλισμός Dirac ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 05. Ο ΓΕΝΙΚΟΣ ΦΟΡΜΑΛΙΣΜΟΣ DIRAC. Στέλιος Τζωρτζάκης 21/11/2013

γ-διάσπαση Διάλεξη 18η Πετρίδου Χαρά Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

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

Φερμιόνια & Μποζόνια

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ Η ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΠΥΡΗΝΑ ΣΧΑΣΗ ΚΑΙ ΣΥΝΤΗΞΗ Η ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΩΝ

Εφαρμογές Θεωρίας Διαταραχών σε Υδρογόνο: Λεπτή Υφή, Φαινόμενο Zeeman, Υπέρλεπτη Υφή

Ο Ο π υ π ρή ρ να ή ς να τ ο τ υ ο ατόµου

Transcript:

Το Ισοτοπικό σπιν Μαθηµα 5ο 27/3/2014 Ισοσπίν 27/3/2014

Τι θα συζητήσουµε σήµερα 1. Η ιδέα και ο ορισµός του Ισοτοπικού σπιν («Ισοσπίν») Η αρχική ιδέα του Heisenberg για πρωτόνιο και νετρόνιο 2. Φορµαλισµός του Ισοσπίν Ανάλογος της γωνιακής στροφορµής και της εσωτερικής στροφορµής («σπιν») για σπιν ½ 3. Η σηµασία του για τις ισχυρές αλληλεπιδράσεις και η επέκταση της ιδέας σε περισσότερα σωµατίδια 4. Εφαρµογές Παραδείγµατα 1. Χρήσιµο εργαλείο - οι συντελεστές Glebsh-Gordan 2. το δευτέριο 3. σκεδάσεις Ισοσπίν 27/3/2014 '2

p/n σχεδόν ίδια- δεδοµένα (1) A) Το πρωτόνιο (p) και το νετρόνιο (n) έχουν Σχεδόν ιδια µάζα Ισοσπίν 27/3/2014 '3

p/n σχεδόν ίδια- δεδοµένα (2) Α) Το πρωτόνιο (p) και το νετρόνιο (n) έχουν: Σχεδόν ιδια µάζα Πειραµατικά, έχουν τις ίδιες ισχυρές αλληλεπιδράσεις Π.χ - το ενεργειακό φάσµα κατοπρικών πυρήνων [ N1(p) = N2(n)] είναι σχεδόν το ίδιο Έχουν µόνο διαφορετικό φορτίο Αριθµός πρωτονίων Αριθµός νετρονίων E (MeV) Κατοπτρικοί Πυρήνες Ισοσπίν 27/3/2014 '4

Το νουκλεόνιο µια υπόθεση Heisenberg (1932) αµέσως µετά την ανακάλυψη του νετρονίου από τον Chadwick: è όσον αφορά στις ισχυρές αλληλεπιδράσεις, πρωτόνιο και νετρόνιο είναι διαφορετικές καταστάσεις Werner Heisenberg του ίδιου σωµάτιου («νουκλεόνιου») Ορίζουµε το νουκλεόνιο (Ν) να έχει δύο καταστάσεις πρωτόνιο (p) και νετρόνιο (n) James Chadwick 2 = πιθανότητα να δω πρωτόνιο α 2 + β 2 = 1 µετρήσω β 2 = πιθανότητα να δω νετρόνιο è σίγουρα, κάποιο απ τα δύο θα Ισοσπίν 27/3/2014 '5

Το νουκλεόνιο p/n αναλογία µε στροφορµή (1) Ενεργειακό φάσµα ατόµου B=0 Ισοσπίν 27/3/2014 '6

Το νουκλεόνιο p/n αναλογία µε στροφορµή (2) Ενεργειακό φάσµα ατόµου B=0 B 0 Πολλαπλότητα στο ίδιο ενεργειακό επίπεδο Ύπαρξη µιας ιδιότητας / κβαντικού αριθµού που διαφοροποιεί το ένα µέλος της πολλαπλότητας από το άλλο όταν Β 0 à Προβολή της στροφορµής στην κατεύθυνση του µαγνητικού πεδίου Ισοσπίν 27/3/2014 '7

p=n p n Το νουκλεόνιο p/n αναλογία µε στροφορµή (3) Μόνο Ισχυρές αλληλεπιδράσεις + ΗλεκτροΜαγνητικές αλληλεπιδράσεις Ισοσπίν 27/3/2014 '8

Το νουκλεόνιο p/n Μόνο Ισχυρές αλληλεπιδράσεις p=n p n + ΗλεκτροΜαγνητικές αλληλεπιδράσεις Α) ύπαρξη µιας ιδιότητας / κβαντικού αριθµού που κάνει το πρωτόνιο ίδιο µε το νετρόνιο για τις ισχυρές αλληλεπιδράσεις è Ισοσπίν Β) αλλά και κάτι που τα διαφοροποιεί στις ηλεκτροµαγνητικές: à Φορτίο; Όχι ακριβώς à µια συνιστώσα του Ισοσπίν Ισοσπίν 27/3/2014 '9

Ισοσπίν p/n - αναλογία µε σπιν ½ (1) è Κατ αναλογία µε το ηλεκτρόνιο (e - ) που έχει σπιν S = ½ και δύο καταστάσεις της προβολής S z [ +½ και -½ ], è Ορίζουµε το νουκλεόνιο (Ν) να έχει Ισοσπίν I = ½ όπου η προβολή Ι 3 διακρίνει πρωτόνιο - νετρόνιο 3-διάστατος χώρος του Ισοσπίν Γενικά: Ι 3 = -Ι, -Ι+1,... Ι «πολλαπλότητα» Αριθµός πιθανών καταστάσεων µε Ισοπίν Ι = 2 Ι + 1 Ισοσπίν 27/3/2014 '10

Ισοσπίν p/n - αναλογία µε σπιν ½ (1) è Κατ αναλογία µε το ηλεκτρόνιο (e - ) που έχει σπιν S = ½ και δύο καταστάσεις της προβολής S z [ +½ και -½ ], è Ορίζουµε το νουκλεόνιο (Ν) να έχει Ισοσπίν I = ½ όπου η προβολή Ι 3 διακρίνει πρωτόνιο - νετρόνιο 3-διάστατος χώρος του Ισοσπίν Γενικά: Ι 3 = -Ι, -Ι+1,... Ι «πολλαπλότητα» Αριθµός πιθανών καταστάσεων µε Ισοπίν Ι = 2 Ι + 1 Για Ι = ½ : Ι 3 = +½, -½ Πρωτόνιο: I Νετρόνιο: I Ι 3 = +½ Ι 3 = -½ 3 Ισοσπίν 27/3/2014 '11

Ισοσπίν p/n φορµαλισµός σπιν ½ (1) è Δύο συµβολισµοί για τη µαθηµατική περιγραφή των καταστάσεων: 1) ket 2) spinors Νουκλεόνιο = γραµµικός συνδυασµός πρωτονίου και νετρονίου Αλλά όταν παρατηρώ το σύστηµα, βλέπω ή πρωτόνιο ή νετρόνιο Ισοσπίν 27/3/2014 '12

Ισοσπίν p/n φορµαλισµός σπιν ½ (2) Στην περίπτωση των spinors βολεύει να αναπαραστήσουµε τους τελεστές I 1 I 2 και I 3 µε τη βοήθεια των πινάκων του Pauli è I i = ½ σ i Wolfgang Pauli Μερικές Ιδιότητες των πινάκων αυτών: σ i σ j =δ ij + iε ijk σ k, [σ i,σ j ] = 2iε ijk σ k 1, όταν i=j 1, όταν i,j,k είναι στη σειρά 1,2,3 ή 2,3,1 ή 3,1,2 δ ij = ε ijk = 0, όταν i j 0, όταν i,j,k είναι ανακατεµένα (π.χ 1,3,2) Ισοσπίν 27/3/2014 '13

Ισοσπίν p/n φορµαλισµός σπιν ½ (3) Οπότε: 1. I 3 p = ½ p 2. I 3 n = -½ n Ι 3 = +½ Ι 3 = -½ 3 Ισοσπίν 27/3/2014 '14

Ισοσπίν p/n φορµαλισµός σπιν ½ (4) Οπότε: 1. I 3 p = ½ p 2. I 3 n = -½ n 3. I + = I 1 + i I 2 = ½ (σ 1 + i σ 2 ) è è I + n = p è I + p = 0 4. I - = I 1 - i I 2 = ½ (σ 1 - i σ 2 ) è è I p = n Ι 3 = +½ Ι 3 = -½ 3 Τελεστής ανύψωσης ( raising ) Τελεστής υποβίβασης ( lowering ) Έχουµε τελεστές να µετατρέπουµε το πρωτόνιο σε νετρόνιο και τανάπαλιν è στροφή στο χώρο του ισοσπίν Ισοσπίν 27/3/2014 '15

Η φυσική: διατήρηση του ισοσπίν στις ισχυρές αλληλεπιδράσεις 1. Οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις δεν επηρεάζονται από την ανταλλαγή πρωτονίου νετρονίου 2. Η ανταλλαγή πρωτονίου νετρονίου ισοδυναµεί µε στροφή στο χώρο του ισοσπίν 3. Οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις είναι αναλλοίωτες κατά τις στροφές στο χώρο του ισοσπίν (συµµετρία) è Το ισοσπίν διατηρείται σε όλες τις ισχυρές αλληλεπιδράσεις (θεώρηµα Noether: κάθε συµµετρία σχετίζεται µε µια αρχή διατήρησης ) Amalie (Emmy) Noether Ισοσπίν 27/3/2014 '16

Ισοσπίν p/n σχέση I 3 µε το φορτίο Όσον αφορά στις ισχυρές αλληλεπιδράσεις, το πρωτόνιο ειναι ίδιο µε το νετρόνιο Η διαφορά τους είναι η συνιστώσα I 3 του ισοσπίν Αλλά ξέρουµε ότι η διαφορά τους είναι επίσης το φορτίο τους Q è Ποιά η σχέση ανάµεσα στο I 3 και το φορτίο; Πρωτόνιο: Νετρόνιο: Q (φορτίο) Ι3 Β (Βαρυονικός αρ.) +1 + ½ +1 0 - ½ +1 Q = I 3 + ½ B Ισοσπίν 27/3/2014 '17

Ισοσπίν Δευτέριο, d (1) Έχουµε σύστηµα 2 νουκλεονίων (Ν-Ν). Προσθέτουµε τα ισοσπίν τους για να δούµε τι µπορεί να προκύψει ως σύστηµα Ν-Ν. Χρησιµοποιούµε τους συντελεστές Clebsch-Gordon (σε πίνακες) Ισοσπίν 27/3/2014 '18

ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΥΟ ΝΟΥΚΛΕΟΝΙΩΝ I=1 (ΣΥΜΜΕΤΡΙΚΗ) I=0 (ΑΝΤΙΣΥΜΜΕΤΡΙΚΗ) I I 1 0 1 0 ή 1 0 1 I i = 1, I f = 1 σ 1 επαλήθευση πειραµατική 50% I = 0 50% I = 1 σ 2 Ισοσπίν 27/3/2014 σ 1 /σ 2 =2

Συντελεστές Glebsch-Gordon (1) Χρήση συντελεστών Clebsch-Gordon υπενθύµιση: Πρόσθεση στροφορµών όπου και j 1 j 2 j j 1 + j 2 συντελεστές Clebsch-Gordan Ισοσπίν 27/3/2014 '20

Συντελεστές Glebsch-Gordon (2) Ισοσπίν 27/3/2014 '21

Ισοσπίν Δευτέριο, d (2) Έχουµε σύστηµα 2 νουκλεονίων (Ν-Ν). Προσθέτουµε τα ισοσπίν τους για να δούµε τι µπορεί να προκύψει ως σύστηµα Ν-Ν. Χρησιµοποιούµε τους συντελεστές Clebsch-Gordon Οι συνδυασµοί Ισοσπίν 27/3/2014 '22

Ισοσπίν Δευτέριο, d (3) Κανουµε τις πράξεις, ή... Χρησιµοποιούµε τους συντελεστές Clebsch- Gordon Και βλέπουµε από ποιούς αρχικούς συνδυασµούς µπορεί να προκύψει κάθε τελική κατάσταση Ισοσπίν 27/3/2014 '23

Ισοσπίν Δευτέριο, d (3) Κανουµε τις πράξεις, ή... Χρησιµοποιούµε τους συντελεστές Clebsch- Gordon Και βλέπουµε από ποιούς αρχικούς συνδυασµούς µπορεί να προκύψει κάθε τελική κατάσταση Τριπλέτα µε Ι = 1 Μονήρης µε Ι = 0 Ισοσπίν 27/3/2014 '24

Ισοσπίν Δευτέριο, d (4) Πειραµατικά, έχουµε µόνο µία κατάσταση αν Ι = 1, θα είχαµε και τις αλλες δύο καταστάσεις è άρα, το δευτέριο είναι η µονήρης κατάσταση του ισοσπίν (isosinglet) è το δευτέριο έχει Ι Ι 3 > = 0 0> Τριπλέτα µε Ι = 1 Συµµετρικές καταστάσεις σε ανταλλαγή p-n Μονήρης µε Ι = 0 Αντισυµµετρική κατάσταση σε ανταλλαγή p-n Ισοσπίν 27/3/2014 '25

Ισοσπίν σκέδαση νουκλεονίων (1) a) p + p à d + π + b) p + n à d + π 0 c) n + n à d + π - το δευτέριο είναι Ι,Ι 3 > = 00> Ι=0 + Ι=1 τα πιόνια είναι Ι = 1, µε Ι 3 = +1, 0, -1 για τα π +,, π 0 και π -, αντίστοιχα 1 1> 1 0> 1-1> Ισοσπίν 27/3/2014 '26

Ισοσπίν σκέδαση νουκλεονίων (2) a) p + p à d + π + b) p + n à d + π 0 c) n + n à d + π - το δευτέριο είναι Ι,Ι 3 > = 00> Ι=0 + Ι=1 τα πιόνια είναι Ι = 1, µε Ι 3 = +1, -, -1 για τα π +,, π 0 και π -, αντίστοιχα Αφού το ισοσπίν διατηρείται: 1 1> 1 0> 1-1> Ισοσπίν 27/3/2014 '27

Ισοσπίν σκέδαση νουκλεονίων (3) a) p + p à d + π + b) p + n à d + π 0 c) n + n à d + π - το δευτέριο είναι Ι,Ι 3 > = 00> Ι=0 + Ι=1 τα πιόνια είναι Ι = 1, µε Ι 3 = +1, 0, -1 για τα π +,, π 0 και π -, αντίστοιχα Αφού το ισοσπίν διατηρείται: 1 1> 1 0> Συµφωνία µε πείραµα 1-1> è Τα πλάτη σκέδασης (scattering amplitudes) è και οι ενεργές διατοµές είναι: Ισοσπίν 27/3/2014 '28

ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΙΟΝΙΟΥ ΝΟΥΚΛΕΟΝΙΟΥ π + Π: I Π =1 π 0 περίπου ίδιες µάζες π - I ολικό : 1/2 ή 3/2 Q Π,Ν =Ι 3 +Β/2 p Ν: I Ν =1/2 περίπου ίδιες µάζες n Διατήρηση isospin στις ισχυρές αλληλεπιδράσεις Παράδειγµα: σκέδαση Π-Ν: 6 δυνατές καταστασεις: I ολ =3/2 : -3/2, -1/2, 1/2, 3/2 I ολ =1/2 : -1/2, 1/2 Οι ενεργές διατοµές εξαρτώνται ΜΟΝΟ Ισοσπίν από δύο 27/3/2014 πλάτη: I 3/2, I 1/2

π 0 ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΙΟΝΙΟΥ ΝΟΥΚΛΕΟΝΙΟΥ ελαστικές σκεδάσεις ελαστική σκέδαση ανταλλαγή φορτίου ελαστική σκέδαση ανταλλαγή φορτίου Τα ποσοστά ανάµειξης των δύο πλατών δίνονται από τους συντελεστές Clebsch-Gordan οι ενεργές διατοµές για κάθε αλληλεπίδραση Λόγω διατήρησης I ΔΕΝ υπάρχει τελεστής που να συνδέει αρχική ψ i > & τελική ψ f > κατάσταση µε Διαφορετικό isospin Ισοσπίν 27/3/2014 Καθαρό Ι = 3/2 πλάτος ίδια ενεργό διατοµή (στην ίδια ενέργεια) είναι µίγµα (αρχ.&τελ.) (αρχ.&τελ.)

ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΧΕΤΙΚΩΝ ΕΝΕΡΓΩΝ ΔΙΑΤΟΜΩΝ ΑΠΟ ΤΟΥΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ Clebsch-Gordan Αρχική κατάσταση Τελική κατάσταση σ α (ελαστική σκέδαση) καθαρή I = 3/2, Ι 3 = +1/2 σ β (ελαστική σκέδαση) I = 3/2, I 3 = -1/2 σ γ I = 1/2, I 3 = -1/2 (ανταλλαγή φορτίου) H: τελεστής isospin Λόγω διατήρησης isospin Ισοσπίν 27/3/2014

Ισοσπίν σκέδασεις π-ν (1) a) π + + p à π + + p b) π 0 + p à π 0 + p c) π - + p à π - + p d) π + + n à π + + n e) π 0 + n à π 0 + n f) π - + n à π - + n g) π + + n à π 0 + p h) π 0 + p à π + + n i) π 0 + n à π - + p j) π - + p à π 0 + n Ι π =1 Ι Ν =½ ελαστικές ανταλλαγή φορτίου Ισοσπίν 27/3/2014 '32

Ισοσπίν σκέδασεις π-ν (2) a) π + + p à π + + p b) π 0 + p à π 0 + p c) π - + p à π - + p d) π + + n à π + + n e) π 0 + n à π 0 + n f) π - + n à π - + n g) π + + n à π 0 + p h) π 0 + p à π + + n i) π 0 + n à π - + p j) π - + p à π 0 + n Ι π =1 Ι Ν =½ ελαστικές ανταλλαγή φορτίου Ισχυρές σκεδάσεις µε ίδιο ισοσπίν = όµοιες Ισοσπίν 27/3/2014 '33

σ α σ β σ γ ψ f ψ i Ισοσπίν 27/3/2014

Ισοσπίν σκέδασεις π-ν (3) a) π + + p à π + + p c) π - + p à π - + p j) π - + p à π 0 + n π - + p στην τελική φάση από 3 π - + p στην τελική φάση από 1 Παρόµοια: Ισοσπίν 27/3/2014 '35

Ισοσπίν σκέδασεις π-ν (4) a) π + + p à π + + p c) π - + p à π - + p j) π - + p à π 0 + n 3 >> 1 Οπότε: Συντονισµός µε Ι = 3/2 Ισοσπίν 27/3/2014 '36

Ισοσπίν και κουάρκς Με την καθιέρωση των κουάρκ, στο στανταρντ µοντέλο η συµµετρία ισοσπίν χαρακτηρίζει τα «πάνω» και «κάτω» κουάρκς (αντί για το πρωτόνιο και το νετρόνιο όπου πρωτοχρησιµοποιήθηκε) Στην πυρηνική φυσική χρησιµοποιείται στο επίπεδο των πρωτονίων και νετρονίων. Ισοσπίν 27/3/2014 '37

Τι συζητήσαµε σήµερα 1. Η ιδέα και ο ορισµός του Ισοτοπικού σπιν («Ισοσπίν») Η αρχική ιδέα του Heisenberg για πρωτόνιο και νετρόνιο 2. Φορµαλισµός του Ισοσπίν Ανάλογος της γωνιακής στροφορµής και της εσωτερικής στροφορµής («σπιν») για σπιν ½ 3. Η σηµασία του για τις ισχρυρές αλληλεπιδράσεις και η επέκταση της ιδέας σε περισσότερα σωµατίδια 3. Εφαρµογές Παραδείγµατα 1. Χρήσιµο εργαλείο - οι συντελεστές Glebsh-Gordan 2. το δευτέριο 3. σκεδάσεις Ισοσπίν 27/3/2014 '38