De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Elementaire deeltjes fysica Dinsdag 8 maart Hoofdstuk 6.3: Lading distributie pionen + kaonen Hoofdstuk 7: Diep Inelastische Verstrooiing Stan Bentvelsen.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Elementaire deeltjes fysica Dinsdag 8 maart Hoofdstuk 6.3: Lading distributie pionen + kaonen Hoofdstuk 7: Diep Inelastische Verstrooiing Stan Bentvelsen."— Transcript van de presentatie:

1 Elementaire deeltjes fysica Dinsdag 8 maart Hoofdstuk 6.3: Lading distributie pionen + kaonen Hoofdstuk 7: Diep Inelastische Verstrooiing Stan Bentvelsen

2 Samenvatting gisteren Verstrooiing puntdeeltjes Met magnetisch moment: Voor deeltjes met ruimtelijke uitgebreidheid: Vormfactoren G E en G M Rozenbluth formule: Hiermee is de straal van het proton bepaald Vormfactor blijkt een dipool Ladings-straal proton:

3 Pionen en kaonen (zie later) Ladings-grootte van pionen en kaonen kan gemeten worden Zelfde type meting als bij nucleonen (protonen en neutronen) Ditmaal wordt een monopool vorm-factor gemeten Mesonen zijn iets ‘kleiner’ dan nucleonen:

4 Ge-exiteerde toestanden Elastische verstrooing De energie E’ wordt bepaald door behoud van impuls als Bij een experiment waarbij een bundel op een trefplaatje valt, is de uitgaande energie E’ scherp bepaald voor een bepaalde hoek Θ. Quasi-elastische verstrooing: Bij samengestelde kernen in het trefplaatje (bv zuurstof) – kan er een enkel nucluon worden uitgestoten: De energie E’ voldoet niet meer aan bovenstaande vergelijking. Ge-exiteerde toestanden Bij een trefplaatje met nucleonen (en hogere bundelenergieen) kan een exitatie van het nucleon optreden. Een exitatie, of resonantie, is een piek in de werkzame doorsnede. Het correspondeert met een kinematica die ‘aanslaat’. Dit is de definitie van een deeltje. Een resonantie wordt bepaald door de positie van de piek, en diens breedte.

5 Resonanties Exitaties (resonanties) Definieer de ‘invariante massa’ W van de het uitgaande systeem P’: Deze is dus: waarbij In LAB frame: Elastische piek, W=M p Hoe kleiner E’, des te groter W

6 De Δ(1232) resonantie Nucleon resonantie in figuur op voorgaande pagina Positie van de piek op W=1232 MeV (vgl proton: 938 MeV) Het is een ‘aangeslagen’ proton, en heeft spin 3/2 (vgl proton s=1/2) Het komt voor in een familie van Δ resonanties (deeltjes): Dit zijn ‘baryonen’. Baryonen bestaan uit 3 quarks Het proton is een baryon met |uud> quarks en het neutron |udd>. Echter deze hebben spin s=1/2

7 Verval van Δ(1232) De breedte van deze Δ resonanties is groot; ongeveer 100 MeV. Via Heisenberg: ΔEΔt=h volgt dat de ‘levensduur’ τ klein is Typisch de schaal van ‘sterke interacties’ Verval dmv sterke wisselwerking: Een fractie van de beschikbare energie wordt omgezet in het vormen van een quark-anti-quark paar, via gluon uitwisseling. Bijvoorbeeld de creatie van down en anti-down: Evenzo de creatie van up en anti-up levert de andere vervals-mode.

8 Structuur functies Bij hogere en hogere W slaat het nucluon echt ‘kapot’ Individuele resonanties niet meer observeerbaar. Creatie van meerdere deeltjes in de eindtoestand. Dynamica Elastische verstrooiing: slechts 1 vrije parameter: Θ. Als Θ vastligt, is hiermee Q 2 ook bepaald, want E’ kan worden uitgedrukt in E en Θ Omdat W=M geldt: In-elastische verstrooiing: exitatie energie proton geeft een extra vrijheidsgraad. Er zijn nu twee onafhankelijke parameters: Omdat W>M geldt:

9 Rozenbluth formule voor inelastische geval: Waarbij W 1 en W 2 structuurfuncties zijn, afhankelijk van 2 parameters Experimenten bij SLAC eind jaren ’60 Werkzame doorsnede als functie van W Meting bij Θ =4 o ; met zgn spectrometer Verschillende bundel-energieen: Tussen GeV Werkzame doorsnede kleiner voor hogere Q 2 waarden Maar niet zo heel snel! Structuur functies

10 Werkzame doorsnede Om gedrag van structuurfuncties goed te zien Bekijk deling: De ‘telsnelheid’ bij hoge waarden van Q 2 bleek veel groter dan verwacht volgens de dipool vorm-factor: Bjorken –x: Bjorken introduceert een nieuwe variable x gedefinieerd als: Elastisch: Inelastisch:

11 Scaling Nieuwe definitie structuurfuncties Dimensieloze F 1 (x,Q 2 ) en F 2 (x,Q 2 ): Deze structuurfuncties blijken niet van Q 2 af te hangen! SLAC data jaren ’60 Electronen op trefplaat Concequentie van deze meting: De verstrooiing is aan ‘punt-deeltjes’ in het proton! Net zoals een constante ‘vormfactor’

12 Parton model Voor spin s=½ Dirac deeltjes: ‘Callan Gross’ relatie: Experimenteel ook deze relatie geverifeerd. Conclusie: Nucleonen hebben een sub-structuur die bestaat uit punt-deeltjes De punt-deeltjes hebben een spin s=1/2 De impuls van de puntdeeltjes is een fractie x van die van het hele nucleon Dit zijn de partonen (quarks & gluonen) Voorspeld begin jaren ’60 door Gell-Mann maar door niemand voor ‘echt’ gehouden Door deze experimenten en Bjorken en Feynman werden quarks ‘reeel’

13 Parton model Diep-inelastische verstrooiing: Verstrooiing aan een quark: Om even te herhalen: Bij lage Q 2 lijkt het proton een punt-deeltje (Q 2 ~ MeV) Bij hogere Q 2 krijgt het proton een ‘uitgebreidheid’ (Q 2 <~GeV) Bij hoge Q 2 wordt aan partonen binnen het proton verstrooid

14 Interpretatie Interne quarks Verschillende ‘typen’ (flavors), aangeduidt met f Quarks dragen een fractie z f van de electrische lading. z f = ±2/3 of z f =±1/3 Kinematica beschreven met De parton dichtheids distributies q f (x)dx geven de waarschijnlijkheid een parton f aan te treffen met een waarde voor x tussen (x,x+dx) De structuur functie F 2 wordt de som van alle contributies van quarks in het proton, met de fractie z f 2 : zf2zf2

15 Parton model Het parton model kan worden samengevat als: Alle hadronen bestaan uit partonen. De partonen zijn quarks en gluonen. De verstrooiing tussen een elektron en een hadron is eigenlijk een verstrooiing tussen een elektron en een parton. Het parton is een puntdeeltje, en heeft dus geen vormfactor Wisselwerking tussen onderlinge partonen kunnen worden verwaarloosd tijdens de botsing. xPk k’ Voor de interactie. Het proton is Lorentz gecontraheerd. Hard verstrooiing tussen elektron en een parton. De andere zijn ‘toeschouwers’. Na de botsing hergroeperen de quarks zich (zie later)

16 X-afhankelijkheid Parton model De quarks verantwoordelijk voor de quantumgetallen van het nucleon noemen we ‘valentie-quarks’. De virtuele quarks die tijdelijk kunnen onstaan uit gluonen door de sterke wisselwerking noemen we ‘zee-quarks’. X-afhankelijkheid: Proton een complex systeem van valentie en zee quarks en anti-quarks!

17 Verstrooiingexperiment: HERA Verschillende deeltjes zijn gebruikt om nucleonen te ‘bombarderen’. Electronen, muonen, neutrino’s: HERA (Hamburg): ‘s werelds eerste en enige elektron-proton ‘versneller’ (1994-nu) Protons (H- atoms) are accelerated in a LINAC to 500 MeV, stripped of electrons, injected into DESY and accelerated to 7 GeV, then into PETRA accelerated up to 40 GeV and finally in HERA up to 920 GeV. Electrons follow similar route but only to 27.5 GeV e-p collisions met cm energie van 320 GeV Circumference 6335 m

18 ZEUS Een van de twee experimenten bij HERA (de andere is H1) e 27.5 GeV Proton 820 GeV

19 Hoofdstuk 8 Quarks, gluonen en de sterke wisselwerking

20 Fermionen: elementaire spelers Quarks Leptonen 2/3 - 1/3 0 Proton: u + u + d quark Neutron: u + d + d quark Koolstof: 18 u 18 d 6 e -

21 Fermionen: elementaire spelers Quarks Leptonen 2/3 - 1/3 0 1st generatie2nd generatie De elementaire deeltjes: fermionen 3rd generatie 2/3 - 1/3 0 Waarom 3 families? Zijn er meer?

22 Quark lading De structuurfunctie F 2 was Nucleonen bestaan uit valentie en zee quarks. Alleen de up, down en strange quark hebben kleine massa; en deze komen als ‘zee’ quarks voor in het nucleon: Neem aan dat de zee-quark bijdragen aan het proton en neutron gelijk zijn. Verder wordt het proton uit het neutron verkregen door verwisseling van up en down quarks:

23 Structuurfuncties Je kunt spreken over een ‘gemiddeld’ nucleon Bij botsingen met neutrino’s is de factor z 2 f afwezig. Deze structuurfunctie wordt dan Je kunt de structuurfuncties integreren over alle waarden van x; experimenteel blijkt:

24 Het gluon Wat is er aan de hand? Integratie over de momentum van alle quarks in het proton levert niet de momentum van het proton als geheel op; slechts de helft ongeveer! Oplossing: ook de ‘gluonen’ dragen impuls van het proton; ook ongeveer de helft (~44%) van de totale impuls.


Download ppt "Elementaire deeltjes fysica Dinsdag 8 maart Hoofdstuk 6.3: Lading distributie pionen + kaonen Hoofdstuk 7: Diep Inelastische Verstrooiing Stan Bentvelsen."

Verwante presentaties


Ads door Google