Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Rozszyfrowywanie struktury protonu Metody pomiaru struktury obiektów złożonych  Rozpraszanie elektronów na nukleonie czy na jego składnikach  Składniki.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Rozszyfrowywanie struktury protonu Metody pomiaru struktury obiektów złożonych  Rozpraszanie elektronów na nukleonie czy na jego składnikach  Składniki."— Zapis prezentacji:

1 Rozszyfrowywanie struktury protonu Metody pomiaru struktury obiektów złożonych  Rozpraszanie elektronów na nukleonie czy na jego składnikach  Składniki punktowe wewnątrz nukleonu to kwarki  Definicja funkcji struktury  Rozpraszanie głęboko-nieelastyczne  Wnioski z pomiarów  Rozpraszanie neutrin i porównanie uzyskanych rozkładów kwarków w nukleonie  uniwersalność  opis łamania skalowania, QCD  spin kawarków i spin protonu Ewa Rondio, 31 marca 2009

2 Metoda: badany obiekt jest tarczą, obserwujemy rozpraszanie na nim obiektów punktowych Dokładność zależy od tego jak duże obiekty rozpraszamy (tak jak w mikroskopie  od długości fali) doświadczenie typu Rutherforda

3 Czy z obserwacji toru pocisków można się dowiedzieć o strukturze (kształcie) Pierwszy obiekt Drugi obiekt

4 Badania struktury przez obserwacje zderzeń Struktura atomu odkryta w doświadczeniu Rutherforda WNIOSEK w folii mamy dużo „pustego miejsca” mamy też obiekty na tyle ciężkie, że cząstki mogą się od nich odbić JĄDRO ATOMOWE Folia złota

5 Rozpraszanie elastyczne kinematyka Rozdzielcześć wzrasta ze wzrostem przekazu czteropędu (niezmiennik transf. Lorenza)  odpowiada to zmniejszaniu się długości fali wymienianego fotonu Związek z kątem rozpraszania: dla Tarcza P=(M,0) Przekaz : Energii czteropędu m -masa pocisku jedna zmienna (np. Q 2 lub kąt) wystarcza do pełnego opisu procesu

6 Pomiar rozkładu ładunku Jądro atomu -w dośw. Rutherforda  Punktowe Przy większych przekazach pędu  Widoczne rozmycie rozkładu ładunku

7 Formfaktory a rozkład ładunku

8 Formfaktor Struktura cząstki tarczy jest opisywana przez form-faktor Kryje on cała naszą niewiedzę o tym obiekcie na którym rozpraszamy pociski (tutaj elektrony) Formfktory wyznacza się przez dopasowanie do danych doświadczalnych

9 Wyniki pomiarów formfaktora nukleonu Dla cząstek nierelatywistycznych formfaktor jest transformatą Furiera rozkładu ładunku Dla cząstek o spinie ½ mamy 2 formfaktory: elektryczny i magnetyczny albo Diraca i Pauliego dane dobrze dają się opisać przez formfaktor dipolowy (G D )

10 Zmiana Q 2 zmienia „powiększenie” Małe Q 2  widzimy jako całość pojedyńczy obiekt w tarczy (atom, jądro..) rozmiar tego obiektu zależy od Q 2 w procesie rozpraszania, a więc od długości fali fotonu, który jest wykorzystywany do próbkowania struktury tarczy Większe Q 2  w tej samej tarczy zaczynamy widzieć mniejsze struktury

11 Pomiary rozpraszania elektronów na nukleonach w SLAC-u Wynik był całkowitym zaskoczeniem tego się spodziewano zaobserwowano dużo słabszą zależność od Q2, a więc od kąta rozpraszania !! jak dla rozpraszania na obiekcie punktowym zmienna W opsuje masę hadronowego stanu końcoewgo Rysunek z pracy M.Breidebach et.al., Phys.Rev.Lett.23,935(1969)

12 Skalowanie  rozpraszanie na punktowych składnikach Rozpraszanie odbywa się na punktowych obiektach wewnątrz nukleonu  partonach Przekrój czynny będzie sumą rozpraszań na poszczególnych partonach Dla każdego mamy rozpraszanie elestyczne A dla całego nukleonu pojawia się czynnik opisujący jakie są w nim partony  tzw. Funkcja struktury F 2 (x,Q 2 )

13 Skalowanie – zależność od jednej zmiennej Interpretacja zmiennej skalowania X  ułamek pędu nukleonu niesiony przez parton który brał udział w oddziaływaniu Obserwacja skalowania doprowadziła do powstania Modelu Partonowego

14 taki proces to rozpraszanie nieelastyczne

15 zmiana powiększenia patrzymy na budowę tarczy w coraz mniejszej skali Pik elastyczny wzbudzenie jądra Zmienna x: zawsze definiuje ułamek pędu całego obiektu,jaki niesie ten jego składnik na którym nastąpiło rozproszenie Dlatego zawsze dla rozpraszania elestycznego mamy x=1 a obserwacja w mniejszej skali powoduje zmianę definicji x  zmiana skali: x=Q 2 /2M P

16 Funkcja struktury Czago się spodziewamy? zastanówmy się jakiego kształtu funkcji struktury spodziewamy się przy różnych założeniach o tym jak zbudowany jest nukleon Pamiętamy, że jest to funkcja określająca:  szanse znalezienia partonu o określonym pędzie jeśli nukleon jest: wg. książki

17

18 Pomiary funkcji struktury nukleonu Pomiary rozpraszania elektornów i mionów na swobodnych, quasi-swobodnych (deutron) i związanych w jądrach atomowych nukleonach Pomiary rozpraszania neutrin, głównie na tarczach jądrowych  w obu przypadkach wiązka kierowana jest na tarcze w spoczynku maksymalne dostępne Q 2 kilkaset GeV 2 tzw pomiary na tarczy stacjonarnej Pomiary dla wiązek przeciwbieżnych elektron-proton w akceleratorze HERA  Energia znacznie większa, dlatego szerszy obszar dostępnych zmiennych kinematycznych zakres Q 2 do 10 4 GeV 2 a zmienna x bardzo mała do mierzymy w funkcji x i Q 2

19 struktura protonu (nukleonu)

20 protonu i neutronu, przy założeniu symetrii izospinowej dla tarczy izoskalarnej (A=Z/2) różne,bo prawdopodobieństwo oddziaływania dla naładowanych leptonów proporcjonalne do ładunku 2

21 Porównanie funkcji F2 nukleonu mierzonej w rozpraszaniu naładowanych leptonów i w rozpraszaniu neutrin Punkty – pomiary dla neutrin (komora pęcherzykowa Gargamelle) Linia – wynik dopasowania do punktów uzyskanych dla rozpraszania elektronów w eksperymatach w SLAC * 18/5 Wniosek: ładunki obiektów punktowych w nukleonie wynoszą 1/3 i 2/3  są takie same jak ładunki kwarków postulowanych przez Gelmana do wyjaśnienia multipletów hadronów

22 Więcej o strukturze protonu z pomiarów funkcji struktury

23 Czy tylko kwarki są składnikami nukleonu? wyniki pomiarów F 2 mierzy rozkład pędu jeśli cały pęd niesiony przez kwarki to Pomiary wskazują, że kwarki niosą tylko około połowy pędu,  jest jeszcze jakiś składnik, który nie bierze udziału w oddziaływaniach z leptonami są to GLUONY

24 Jak „wygląda” nukleon w świetle pomiarów w rozpraszaniu głęboko nieelestycznym? kwarki walencyjne q q pary kwark-antykwark mogą się pojawiać i znikać niosą kolor i anty-kolor Gluony przenoszą oddziaływania między kwarkami niosą 2 kolory, opis w QDC

25 Współczesne wyniki pomiarów F 2 obserwacja łamania skalowania  efekty QCD

26 Oddziaływanie głęboko- nieelastyczne ( z ang.DIS) x Bj =Q 2 / 2M =E -E’ y= / E Kinematyka : Q 2 =-q 2 =4EE’sin  /2  Proces podstawowy:  * q  q

27 QED QCD  – stała sprzężenia elektro-magnetycznego  S – stała sprzężenia oddz. silnego Najważniejsza różnica między QED i QCD: w QED fotony nie sprzęgają się same ze sobą w QCD istnieje sprzężenie gluon-gluon elektrodynamika kwantowa chromodynamika kwantowa

28 Zdolność rozdzielcza „mikroskopu DIS” im głębiej zaglądamy tym więcej widzimy par kwark-antykwark Mechanizm: kwarki emitują gluony, gluony tworzą pary … prawdopodobieństwo emisji zależy od Q 2, można je obliczyć w QCD wyznaczono funkcje opisujące podział pędu P ij (splitting functions) w tych procesach P qg P gq P gg Skala  zamieniona z Q 2

29 Łamanie skalowania F 2 (x) dla dwóch (bardzo różnych) wartości Q 2 Linia ciągła – parametryzacja i ważny test QCD  rozkłady partonów opisujemy funkcjami typu przy wybranej wartości następnie obliczamy wartości F 2 (x) dla innych wartości i porównujemy z pomiarem wyraźnie widoczne łamanie skalowania i jego ilościowy opis

30 Wyniki pomiarów i ich opis w ramach QCD

31 Spin kwarku Spin partonu (kwarku) = 1/2

32 Pomiar polaryzacji kwarków wewnątrz protonu Spin fotonu = 1 Spin kwarku = 1/2 } foton może być pochłonięty tylko przez kwark o przeciwnej polaryzacji

33 „kryzys spinowy” wkład kwarków nie wystarcza Orbitalny moment pędu -możliwy wkład od kwarkó -i od gluonów Nic o tym w tej chwili nie wiemy  Cel experymentów następnej generacji brakujący wkład może być niesiony przez gluony  zadanie obecnie prowadzonych eksperymentów

34 Podsumowanie: Wiemy z pomiarów co jest wewnątrz nukleonu Obiekty na których zachodzi rozpraszanie to KWARKI (sprawdzono ich ładunki i spin) Badania obecne dotyczą dużych „powiększeń” i opisu rozkładów pędu kwarków w nukleonie i ich ewolucji ze zmianą Q 2 Rozkłady partonów są uniwersalne tzn. wyznaczone w jednym procesie opisują też inne Spin protonu wymaga czegoś więcej niż wkład od kwarków, pomiary


Pobierz ppt "Rozszyfrowywanie struktury protonu Metody pomiaru struktury obiektów złożonych  Rozpraszanie elektronów na nukleonie czy na jego składnikach  Składniki."

Podobne prezentacje


Reklamy Google