Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Yukawa’ ın Mezon Öngörüsü  Nükleonlar (p veya n) arasındaki güçlü bağlanmayı sağlayan ne? Yukawa (1935) kısa mesafelerde büyük yaklaşık 2 fm’ den büyük.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Yukawa’ ın Mezon Öngörüsü  Nükleonlar (p veya n) arasındaki güçlü bağlanmayı sağlayan ne? Yukawa (1935) kısa mesafelerde büyük yaklaşık 2 fm’ den büyük."— Sunum transkripti:

1 Yukawa’ ın Mezon Öngörüsü  Nükleonlar (p veya n) arasındaki güçlü bağlanmayı sağlayan ne? Yukawa (1935) kısa mesafelerde büyük yaklaşık 2 fm’ den büyük mesafelerde hızlıca azalan yeni bir potansiyel postüla etti.  Problemi göreli kuantum teoride ele aldı.  Göreli kuantum dünyasında parçacıkların kuvveti taşıyan sanal parçacıkların alışverişiyle etkileştiklerini net bir şekilde gösterdi.  Piyonların kütlesini öngördü. Hideki Yukawa 1949 Nobel Ödülü

2 Yukawa’nın Öngörüsü • Yeni yazdığı potansiyeli elektromanyetizmaya benzeterek 2

3 Pionlar • Yukawa’ nın güçlü kuvvet teorisi mezon adı verilen orta büyüklükte kütleye sahip bir bozon öngörür. Başlangıçta müonun bu parçacık olduğu düşünüldü, fakat sonradan müonun bir fermiyon olduğu ve güçlü etkileşmeye katılmadığı anlaşıldı. • 1947 ’ de C. F. Powell ve G. P. Occhialini yüklü pi mezon (veya basitçe piyon)’un yaklaşık 140 MeV’ lik nötr piyonun ise 135 MeV kütleye sahip olduğu keşfetti. • Üç tip piyon vardır: pi sıfır, pi artı, ve pi eksi. • Daha sonraları diğer mezonlar keşfedildi - K ve eta Bir proton ve bir nötron arasında piyon değiş-tokuşunu gösteren Feynman diyagramı

4 Müonu kim sipariş etti? 1936’ da Anderson kozmik ışınları gözlemlerken yaklaşık 100 MeV kütleli çok ağır bir elektron keşfetti. Onun kütlesi • Hafif elektronla (lepton = hafif) • proton (baryon = ağır) arasında olduğundan mezon dendi. Fakat bugün bu isim diğer parçacıklar için kullanılır ve negatif yüklü müon veya kısaca mü eksi denir ve o bir mezon değil leptondur. Müonun antisi mü artıdır. 4

5 – Müon madde ile çok zayıf etkileşir, ağır bir leptondur. – Müonların çoğu atmosferin üst katmanlarında oluşmasına rağmen dünya yüzeyine kadar ulaşırlar. – Müon - I. Rabi, Neden böyle bir parçacığa ihtiyaç olduğunu anlamamış ve müonu kim sipariş etti demiştir. 5

6

7 Temel parçacıklara tekrar gözatalım? Leptons : • electron, positron • electron neutrino, electron antineutrino • mu minus, mu plus • muon neutrino, muon antineutrino • tau minus, tau plus • tau neutrino, tau antineutrino Mesons : • pi zero, pi plus, pi minus • kay zero, antikay zero, kay plus, kay minus • eta Baryons : • proton, antiproton • neutron, antineutron • lambda, antilambda • sigma zero, sigma plus, sigma minus and their three anti-s • xi zero, antixi zero, xi minus, antixi plus • omega minus, antiomega plus

8 8 Kuarkların Keşfi • Sanal  4-momentum taşır. • Büyük q  Büyük, küçük Büyük, büyük • Büyük momentumlarla kısa zaman ve uzayı inceleyebiliriz. Q 2 küçük q 2 artan Q 2 büyük Rutherford Saçılması Uyarılmış durumlar Protonlardan kuarkların elastik saçılması  proton’ un büyüklüğü q 2 > 1 (GeV) 2 E E = 8 GeV Expected Rutherford scattering

9 Sis odasında kararlı parçacıklarla çarpışan enerjik parçacıklar yakınlarındaki maddeyi buharlaştırarak görünür bir iz oluştururlar. Manyetik alan yüklü parçacıkların dairesel yörüngelerde dönmesine sebep olur. 9

10 Tılsımlı kuarkın keşfi 10

11 11

12 12

13 Parçacıkların Kuarklarla Tanımı • Baryonlar üç kuark veya üç karşıtkuarktan oluşur. • Bir mezon bir kuark- karşıtkuark çiftinden oluşur. 1/3e -2/3e 2/3e -1/3e 2/3e 1/3e 2/3e -2/3e -1/3e 2/3e -1/3e 1/3e 2/3e -1/3e -2/3e 2/3e -2/3e 13

14 Bilinen maddenin parçacıkları eeee e-e-e-e- u d -1/3 +2/3 0 charge Çevremizdeki bütün kararlı maddeler elektronlar, nötrinolar, u and d “kuark”lar kullanılarak tanımlanabilir. Quarks: u = up d = down Leptons:  neutrino e = electron 14

15 Millikan Yağ Damlası Deneyi

16 Yağ Damlası Deneyi, 2 • Plakalar arasında elektrik alan yokken, elektrona kütleçekim kuvveti ve sürüklenme kuvveti (viskozite) etkir. • Damlalar limit hıza ulaşır.

17 Yağ Damlası Deneyi, 3 • Plakalararasına elektrik alan uygulandığında – Üstteki plaka daha yüksek potansiyele sahip olur. • Elektrik kuvvet sürüklenme hızı ve kütleçekiminin toplamına eşit olduğunda damla yeni bir limit hıza ulaşır.

18 Yağ Damlası Deneyi, SON • Damla havada tutulabilir ve elektrik alanı açıp kapatarak düşmesine izin verilebilir. • Pekçok denemeden sonra, Millikan şu sonuca ulaştı: – q = ne, n = 0, -1, -2, -3, … – e = 1.60 x C • Bu sonuç yükün kuantumlu olduğunu söyler.

19

20 20

21 1. AİLE: 2 Elektronlar (electron and positron), and 2 electron neutrinos (nötrino and karşıtnötrino) 2. AİLE: 2 müonlar and 2 muon nötrino 3. AİLE: 2 Taular, and 2 tau nötrinolar 12 parçacık+6 kuarkx3x2anti+3zayıf etk.bozon +(3 gluonx3-1)+1 foton= 60 tane temel parçacık!!! 21

22 Hafif kuarklar: um u ~ 5 MeV dm d ~ 10 MeV sm s ~ 150 MeV Ağır kuarklar: cm c ~ 1500 MeV bm b ~ 4500 MeV tm t ~ 175,000 MeV  QCD ~ 150 MeV İhmal et

23 Sonuç olarak kaç tane Bozona sahibiz ? Higgs bozonu – elektrozayıf teoride parçacıklara kütle kazandıran bozon Ve pekçok henüz tespit edilmemiş … Y X W-prime, Z-prime, …

24 “Acaba bilinen fiziği maddenin birkaç temel yapıtaşlıyla tanımlayabilirmiyiz?” nucleus of atom made of protons, neutrons proton ve nötron aslında aynı “parçacık” ( farklı izotopik spin) pions:  + (140 MeV)  - (140 MeV)  o (135 MeV) kaons:k + (496 MeV)k - (496 MeV)k o (498 MeV) NedenM n > M p ve M k o > M k + fakat M  + > M  o  Fermi ve Yang’ ın modelinde (19 50’ ler): pion ‘ un nükleon ve karşıt-nükleonlardan oluştuğu (yani SU(2) simetrisini kullandılar) varsayıldı. Not: bu model karşıtprotonun keşfinden önce önerildi ! Yeni kararsız parçacıkların keşfiyle ( , k) yeni bir kuantum sayısı bulundu:  acayiplik Parçacıkların sınıflandırılması

25 Gell-Mann, Nakano, Nishijima tüm parçacıkların elektrik yükünün (Q) izospinin 3. bileşeniyle, Baryon sayısıyla (B) ve acayiplikle (S) ilişkili olabileceğini farketti: Q = I 3 +(S + B)/2= I 3 +Y/2 (S+B) için hiperyük (Y) adını kullandı. I 3 ’ ün Y’ ye göre çizimi yapıldığında ilginç bir görüntü ortaya çıkar:

26 Sakata (1950) Parçacık Modeli: Q = I 3 +(S + B)/2 kullandı tüm parçacıkların p, n ve  ’ nın kombinasyonlarından oluştuğunu kabul etti. SU(3) simetrisini kullanmayı denedi. Maalesefki, modelin pekçok problemi vardı….örneğin neden pionlar yada kaonlar temel parçacık olmasındı…. M n > M p and M k o > M k + and M  + > M  o

27 1960’ larda kuarklar Kuark Model Gell-Mann, Zweig, Okubo, and Ne’eman (Salam) tarafından geliştirildi: 1960’ lardaki üç temel yapıtaşı (p,n,  )  1970’ lerde (u,d,s) kuark oldu mezonlar bir kuark ve karşıtkuarkın bağlı durumu oldu: Baryonlar 3 kuarkın bağlı durumu oldu: proton = (uud), nötron = (udd),  = (uds) karşıtbaryonlar 3 karşıtkuarkın bağlı durumu: Kuarklar: noktasal spin 1/2 fermionlar parite = +1 (karşıtkuarklar için -1 ) iki kuark izospin ikilileri (u and d), s izotekli (=0) oluşturur. Q = I 3 +1/2(S+B) = I 3 +Y/2 uyar Grup yapısı SU(3) Her kuarka bir karşıtkuark karşılık gelir kuarklar tüm etkileşmeleri hisseder (kütleye ve elektrik yüküne sahiptirler…)

28 Ek kuark kuantum sayıları aşağıdadır: Kuantum sayısıudscbt Elektrik yükü2/3-1/3-1/32/3-1/32/3 I 3 1/2-1/20000 Acayiplik Tılsım Alt Üst Baryon sayısı1/31/3 1/31/3 1/31/3 Lepton sayısı Kuark Modelinin Başarıları : Bilinen tüm parçacıkları 3 temel yapıtaşına göre sınıflandırdı yeni parçacıklar öngördü (örneğin  - ) bazı parçacıkların neden varolmadığını söyledi. (örneğin S = +1 olan baryonlar) mezonlar ve baryonlar arasındaki kütle ayrışmasını açıkladı mezonlar ve baryonların manyetik momentini açıkladı saçılma tesir kesitlerini açıkladı (örneğin   p /  pp = 2/3) Başarısızlıkları: serbest kuark neden yoktur açıklayamaz (QCD açıkladı) D++= uuu baryon neden Pauli dışarlama ilkesine uymaz açıklanamadı ( renk ile açıklandı) protondaki kuarkları birarada tutan şey neydi ? (gluonlar! ) Kaç çeşit kuark vardır ? (6?)

29 Dinamik Kuark Model ( 70’ lerden bugüne!) kuark-kuark etkileşmesinin teorisi  QCD gluonları içerir. QCD’ nin Başarıları: Neden serbest kuark yoktur sorusunu cevaplar  uarklar ebediyen hadronlar içine hapsolmuştur. Tesir kesitlerini hesaplar. Baryonların ve mezonların ömrünü hesaplar. Modelin Başarısızlıkları/Problemleri: QCD’ de pertürbatif olmayan hesaplamaları yapmak çok zordur. Yüksek enerjili çarpışmalarda hadronların polarizasyonu Kaç tane kuark vardır? Tarihsel not: Kuark modeli kuarkların yaklaşık olarak SU(3) simetrisine sahip olduğunu kabul eder. Tılsımlı kuark keşfedildiğinde SU(4) simetrisi ele alındı. Fakat SU(4) kötü bir şekilde “kırılan” simetridir. Standart Model kuarkları SU(2) ikilileri şeklinde ele alır, RENK SU(3) simetrisi.

30 Yüksek Enerji Fiziği Maddenin yapısı m m m < m m MaddeMolekülAtomNükleonlar u Kuark < m proton, nötron, meson, etc.  top, bottom, charm, strange, up, down Yoğun Madde / Nano-Bilim / Kimya Atom Fiziği Nükleer Fizik Baryon (Hadron) Elektron (Lepton) m 30

31 31

32 Etkileşmeler Doğa’ da bilinen temel dört tip etkileşme vardır: Bunlar şiddetlerine göre • güçlü (hadronlar güçlü etkileşmeleri hisseden parçacıklar) • elektromanyetik (yüklü parçacıklar hisseder) • zayıf (hadronlar ve leptonlar hisseder) • kütleçekim (tüm parçacıklar hisseder) • Kuantum teoride temel etkileşmeler bozonlar aracılığıyla iletilir. Tüm bu etkileşmelerin biraraya getirildiği teorilere birleşik alan teorileri denir. Bilim adamları tüm bu 4 kuvveti açıklayan bir (ToE) herşeyin teorisini bulmak ister.

33 33

34

35 Bir hidrojen atomundaki elektronun hızını hesaplayın. Işık hızı ile kıyaslayın. Ağır atomların iç yörüngelerindeki elektronların hızını yorumlayın. İnce yapı sabiti olarak bilinen elektromanyetik etkileşme sabitini SI ve CGS birim sistemlerinde hesaplayın. 35 Hidrojen atomundaki elektron ve proton arasındaki uzaklıklar yaklaşık m’ dir. Bu parçacıklar arasındaki elektriksel ve kütleçekim kuvvetlerinin büyüklüğünü bulunuz. Cevap:

36 The Graviton  Kuantum elektrodinamiğinde fotonun başarısı nedeniyle kütleçekiminin araparçacığının graviton olabileceği fikri ortaya atılmıştır.  Kütlesiz olmalı, ışık hızında seyahat etmeli spini 2 olmalı ve kütlesi ve enerjisi olan tüm parçacıklarla etkileşmelidir.  Graviton cisimlerle çok zayıf etkileştiği için hala gözlemlenememiştir. 36

37 Zayıf etkileşmeler:Kütle • Neden zayıf etkileşme zayıftır? – Foton durumunun tersine kütleli ara bozonlarına sahiptir(W ± and Z 0 ) (80, 90 GeV) – bu bozonlar 1980’ lerde CERN’ de keşfedilmiştir. • Yüksek kütle skalasında Elektrozayıf birleşme – Elektrozayıf teori skaler Higgs ve nötr akımların varlığını öngörür. – W ve Z’ in Higgsle etkileşmesi onlara kütle kazandırır. • Faydası: Parçacıkların Higgs’ le Yukawa benzeri kuplajı onlara kütle kazandırır. • Fakat, Higgs bozonu CERN-LHC’ de hala bulunamadı. 37

38 38

39 APS J.J. Sakurai Prize Winners

40 Higgs Alanı  Parçacıkların Higgs alanı ile etkileşmesi sonucu parçacıklar kütle kazanır. Fotonlar, gravitonlar ve gluonlar higgs bozonlarıyla doğrudan etkileşmezler ve dolayısıyla kütlesiz kalırlar.  Süpersimetri en az beş tip Higgs bozonunun varlığını öngörüyor.  Higgs bozonları maddenin yeni bir türüdür.  Higgs alanının kaynağı bilinmemektedir.  Higgs alanı Z bozonun ek spin durumuna gizlenmiştir.  SM’ de higgs bozonunun kütlesi hesaplanamaz.  Higgs bozonu kuarkına bozunacaktır. Higgs parçacığının deneysel olarak kanıtlanması demek, standart modelin tamamlanması demektir!!!! CERN - LEP 114 GeV/c 2

41 Zayıf etkileşme ile kuark çeşnilerinin Dönüşümü 41

42 42

43 Parçacık etkileşmelerine örnekler 43

44 44


"Yukawa’ ın Mezon Öngörüsü  Nükleonlar (p veya n) arasındaki güçlü bağlanmayı sağlayan ne? Yukawa (1935) kısa mesafelerde büyük yaklaşık 2 fm’ den büyük." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları