Parçacık Fiziği

Parçacık Fiziği
Dr. Bora Akgün / Rice Üniversitesi
CERN Türkiye Öğretmenleri Programı
Ocak 2015
Parçacık Fiziğinin Standard Modeli
fermion
boson
Dönü
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
2
Spin/Dönü
Bir parçacık özelliğidir (kütle, yük gibi..)
içsel açısal momentum
Dönü kuantum sayısı ile “parametrize” edilir
Dönü kuantum sayıları yarım (fermion) veya tam
(bozon) sayı değerleri alabilirler
Yüklü parçacıkların dönüsü manyetik moment ile
ilişkilendirilir
Dönünün yönü değişebilir ama büyüklüğü değişemez
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
3
Stern–Gerlach Deneyi
Otto Stern - Walther
Gerlach (1922)
Değişken manyetik
alanda sapma
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/transcoded/9/9e/
Quantum_spin_and_the_Stern-Gerlach_experiment.ogv/
Quantum_spin_and_the_Stern-Gerlach_experiment.ogv.480p.webm
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
4
Stern–Gerlach Deneyi
enerji
kuvvet
değişken
manyetik alan
Manyetik alan değişmeseydi
ne olurdu?
Larmor Devinimi
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
5
Larmor Devinimi
B
μ= manyetik moment
μ
B = manyetik alan
I = dönü
τ= dönme momenti
m = kütle
e = elektrik yükü
g = gyromagetik oran
w = devinim açısal hızı
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
6
Dönü–istatistik
kuramı
Tam sayı-dönülü parçacıkların oluşturduğu bir sistemin dalga
fonksiyonu parçacıklar yerdeğiştirse de aynı değeri alır.
Yerdeğiştirme karsısında dalga fonksiyonları aynı kalan
parçacıklara bozon denir
Yarım sayı-dönülü iki parçacığın olusturduğu bir sistemin
dalga fonksiyonu parçacıklar yerdeğiştirse işaret değiştirir.
Yerdeğiştirme karsısında dalga fonksiyonları işaret değiştiren
parçacıkalara fermion denir
Dalga fonksiyonu bir veya daha çok parçacıktan
meydana gelen sistemin kuantum durumunu tanımlar,
sistemle ilgili bütün bilgiyi içerir
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
7
Pauli dışlama
ilkesi
Hiçbir özdeş fermiyon aynı kuantum durumunda bulunamaz
örneğin, birden fazla elektronu olan bir atomda elektronlar
aynı kuantum sayılarını alamazlar. Aynı orbitalde olan
elektronların bile dönüleri farklı olmak zorundadır
Bu ilkenin en önemli sonucu nedir?
Kararlı madde oluşumu
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
8
Kararlı madde oluşumu
çevremizde
gördüğümüz
maddeyi 1. sütun
oluşturuyor
2. ve 3. sütun ne
yapıyor peki?
Onlar nerede?
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
9
Hadronlar
u
baryonlar
3 kuarklı atomaltı
parçacıklar
u
d
proton
p
u
d
d
nötron
n
u
u
mesonlar
1 kuark ve 1 karşı-kuarklı
atomaltı parçacıklar
pion
b
Parçacık Fiziği - [email protected]
0
b
upsilon
27 Ocak 2015
π
ϒ
10
Baryonlar
u, d, s - kuarklı
baryonlar
Mesonlar
u, d, s - (karşı-)kuarklı
mesonlar
Particle Data Group
http://pdg.lbl.gov/
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
11
Bazı önemli
keşifler
s-kuark
cc
bb
h
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
12
Kuvvetler
Güçlü
Kuvvet
Elektromanyetik
Kuvvet
Zayıf
Kuvvet
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
13
Kütle çekimi
Klasik Mekanik
Isaac Newtom
Genel Görelilik
Albert Einstein
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
14
Graviton?
Kuramsal bir parçacık
Madde ile etkileşim tesir kesiti çok küçük gözlemlenmesi çok zor
Eğer varsa,
Kütlesiz olmalı - Kütle çekiminin etkisi limitsiz
Dönüsü 2 olmalı -
Stres-Energy tensörü ikinci dereceden
LIGO, VIRGO - Kütle çekimi dalgaları
arayan deneyler
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
15
Kuvvetler
Elektromanyetik
Kuvvet
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
16
Elektromanyetik
Kuvvet
Gauss
Ampere
Faraday
James Clerk Maxwell
27 Ocak 2015
elektrik alan
manyetik alan
akım yoğunluğu
yük yoğunluğu
elektriksel geçirgenlik
manyetik geçirimlik
Parçacık Fiziği - [email protected]
17
Kuantum
Elektrodinamiği
Elektrik yükü taşıyan
bütün parçacıkların foton
aracılığıyla nasıl
etkileştiğini açıklar
Kuantum mekaniği ile özel
göreliliği birleştirmiştir
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
Richard
Feynman
18
Kuantum
Elektrodinamiği
Feynman diyagramları
foton
elektrik yüklü
parçacık
elektrik yüklü
karşı-parçacık
27 Ocak 2015
-
e
+ +
γ
+
e
Parçacık Fiziği - [email protected]
+
+
- - -
-
e,μ,τ, q
e,μ,τ, q
19
Kuantum
Elektrodinamiği
-
e
-
e
γ
+
e
KED pertürbatif
bir kuramdır
+
γ
e
-
e
+
e
0
1
2
A = cA0 + cA1 + cA2 +…
KED’in etkisi limitsiz - foton kütlesiz
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
20
Kuvvetler
Güçlü
Kuvvet
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
21
Kuantum Renk
Dinamiği
Hadronların kendi içlerinde ve birbirleriyle
olan etkileşmini açıklar
Renk yükü taşıyan parçacıklar, kuarklar,
arası bu etkileşim gluonlar tarafından
yayılır
-15
Etkileşim kısa-menzillidir (10 m)
Renk yükü
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
22
Kuantum Renk
Dinamiği
g
u
u
g
g
d
Renk hapsi
Kütle
proton
g u
d
g
g
d
Asimptotik özgürlük
nötron
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
23
Kuantum Renk
Dinamiği
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
24
Kuantum Renk
Dinamiği
KED’in taşıyıcısı foton elektrik yükü taşımaz
KRD’nin taşıyıcısı gluon renk yükü taşır
Gluonlar kendileri ile de
etkileşir
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
25
Kuvvetler
Zayıf
Kuvvet
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
26
Kuantum çeşni
Dinamiği
Kuarkların çeşnilerini KçD ile değişir
-18
Etkileşim kısa-menzillidir (10 m)
Taşıyıcı parçacıkları kütle sahibidir
Mz = 90 GeV/c
2
2
Mw = 81 GeV/c
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
27
Kuantum çeşni
Dinamiği
+
-
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
28
Parçacıklar ve
Kuvvetler
Z
weak
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
29
Yedekler
30
Genel Görelilik
Einstein Alan Denklemleri
Ricci eğrilik tensörü
Einstein tensörü
Metrik Tensör
Skalar eğrilik
Kosmolojik sabit
Newton’un kütle çekimi sabiti
Işık hızı
Stres-Enerji Tensörü
27 Ocak 2015
Parçacık Fiziği - [email protected]
31