Parçacık Fiziği
advertisement
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 - bora.akgun@cern.ch 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 - bora.akgun@cern.ch 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 - bora.akgun@cern.ch 4 Stern–Gerlach Deneyi enerji kuvvet değişken manyetik alan Manyetik alan değişmeseydi ne olurdu? Larmor Devinimi 27 Ocak 2015 Parçacık Fiziği - bora.akgun@cern.ch 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 - bora.akgun@cern.ch 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 - bora.akgun@cern.ch 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 - bora.akgun@cern.ch 8 Kararlı madde oluşumu çevremizde gördüğümüz maddeyi 1. sütun oluşturuyor 2. ve 3. sütun ne yapıyor peki? Onlar nerede? 27 Ocak 2015 Parçacık Fiziği - bora.akgun@cern.ch 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 - bora.akgun@cern.ch 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 - bora.akgun@cern.ch 11 Bazı önemli keşifler s-kuark cc bb h 27 Ocak 2015 Parçacık Fiziği - bora.akgun@cern.ch 12 Kuvvetler Güçlü Kuvvet Elektromanyetik Kuvvet Zayıf Kuvvet 27 Ocak 2015 Parçacık Fiziği - bora.akgun@cern.ch 13 Kütle çekimi Klasik Mekanik Isaac Newtom Genel Görelilik Albert Einstein 27 Ocak 2015 Parçacık Fiziği - bora.akgun@cern.ch 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 - bora.akgun@cern.ch 15 Kuvvetler Elektromanyetik Kuvvet 27 Ocak 2015 Parçacık Fiziği - bora.akgun@cern.ch 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 - bora.akgun@cern.ch 17 Kuantum Elektrodinamiği Elektrik yükü taşıyan bütün parçacıkların foton aracılığıyla nasıl etkileştiğini açıklar Kuantum mekaniği ile özel göreliliği birleştirmiştir 27 Ocak 2015 Parçacık Fiziği - bora.akgun@cern.ch Richard Feynman 18 Kuantum Elektrodinamiği Feynman diyagramları foton elektrik yüklü parçacık elektrik yüklü karşı-parçacık 27 Ocak 2015 - e + + γ + e Parçacık Fiziği - bora.akgun@cern.ch + + - - - - 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 - bora.akgun@cern.ch 20 Kuvvetler Güçlü Kuvvet 27 Ocak 2015 Parçacık Fiziği - bora.akgun@cern.ch 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 - bora.akgun@cern.ch 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 - bora.akgun@cern.ch 23 Kuantum Renk Dinamiği 27 Ocak 2015 Parçacık Fiziği - bora.akgun@cern.ch 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 - bora.akgun@cern.ch 25 Kuvvetler Zayıf Kuvvet 27 Ocak 2015 Parçacık Fiziği - bora.akgun@cern.ch 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 - bora.akgun@cern.ch 27 Kuantum çeşni Dinamiği + - 27 Ocak 2015 Parçacık Fiziği - bora.akgun@cern.ch 28 Parçacıklar ve Kuvvetler Z weak 27 Ocak 2015 Parçacık Fiziği - bora.akgun@cern.ch 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 - bora.akgun@cern.ch 31
