Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

1 2008-11-20M. Witek - Antymateria Antymateria Lustrzane odbicie Wszechświata? Mariusz Witek Wykorzystano materiały: Andreas Höcker - CERN Summer Student.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "1 2008-11-20M. Witek - Antymateria Antymateria Lustrzane odbicie Wszechświata? Mariusz Witek Wykorzystano materiały: Andreas Höcker - CERN Summer Student."— Zapis prezentacji:

1 M. Witek - Antymateria Antymateria Lustrzane odbicie Wszechświata? Mariusz Witek Wykorzystano materiały: Andreas Höcker - CERN Summer Student Lectures

2 M. Witek - Antymateria Through the Looking Glass What’s the Matter with Antimatter ? David Kirkby, APS, 2003

3 M. Witek - Antymateria Symetria w fizyce Prawa natury są symetryczne (niezmienne) względem operacji matematycznych Obserwator nie jest w stanie powiedzieć czy dana operacja została zastosowana Pollen of the hollyhock exhibits spherical symmetry (magnification x 100,000) Symetria w fizyce jest pojmowana jako pewna transformacja po której opis układu fizycznego pozostaje niezmieniony.

4 M. Witek - Antymateria Symetrie ciągłe a zasady zachowania Symetria Niezmienniczość po przesunieciu w czasie Jednorodność przestrzeni Izotropia przestrzeni Transformacja Przesunięcie w czasie Przesunięcie w przestrzeni Obrót Wielkość zachowywana EnergiaPędMoment pędu Mechanika klasyczna – każda ciągła transformacja nie zmieniająca opisu układu fizycznego jest związana z pewnym prawem zachowania (E. Noether, 1915) Transformacje ciągłe prowadzą do addytywnych praw zachowania Symetrie dokładne – nie obserwujemy od nich odstępstw

5 M. Witek - Antymateria Symetrie dyskretne C P T Symetrie dyskretne w świecie makroskopowym są symetriami przybliżonymi –Np. symetria obrotu, odbicia lustrzanego… obrót kwadratowego stołu o 90. Stół wygląda „na oko” tak samo, ale po dokładnych oględzinach można zauważyć, że rogi się różnią i zmieniły pozycje. W mikroświecie sytuacja zmienia się diametralnie. Symetrie dyskretne nabierają nowego znaczenia. Obiekty nie maja już różniących się „rogów”. Mogą występować tylko w skończonej liczbie stanów –Np. rzut spinu elektronu na wybraną oś przyjmuje tylko dwie wartości. Współczesne teorie mikroświata – teorie pola – są niezmiennicze względem złożenia operacji CPT

6 M. Witek - Antymateria Materia - Antymateria Inne spojrzenie na symetrię związaną z zależnością pomiędzy materią i antymaterią –Załóżmy, że nawiązaliśmy kontakt z cywilizacją pozaziemską i dostaliśmy propozycję przyjazdu kosmitów na Ziemię Jakie pytanie powinniśmy zadać naszym dalekim przyjaciołom, aby dowiedzieć się czy są zbudowani z materii czy z antymaterii?

7 M. Witek - Antymateria Paul Dirac (1902 – 1984) Ujemne rozwiązanie dla E powraca. Pojawiają się rozwiązania równania Diraca z ujemną energią Mechanika kwantowa + Szczególna teoria względności Materia i antymateria anihiluje !!! Elektron o energii E może wypełnic tę dziurę, emitując energię 2E i pozostawiając próżnię (efektywnie dziura posiada ładunek +e i dodatnią energię). Dirac, imagining holes and seas in 1928 (1928) E 2 = p 2 + m 2 → E = +(p 2 + m 2 ) 1/2, E = -(p 2 + m 2 ) 1/2 Szczególna teoria względności, E>0. Dirac interpretuje je jako dziury w morzu “antycząstek”

8 M. Witek - Antymateria 63 MeV positron track 23 MeV positron track 6mm Pb plate 1955: antyproton (Chamberlain-Segrè, Berkeley) 1956: antyneutron (Cork et al., LBNL) 1965: antydeuteron (Zichichi, CERN and Lederman, BNL) 1995: antyatom wodoru (CERN, by now millions produced !) Każda cząstka ma swoją antycząstkę Niektóre cząstki są swoimi antycząstkami (np. foton) ! Historia odkryć antycząstek: Anderson zobaczył ślad w komorze mgłowej pozostawiony przez coś dodatnio naładowanego i mającego masę taka jak elektron Pozyton – Antycząstka dla Elektronu Odkryty w promieniowaniu kosmicznym Carl Anderson in 1932 (Caltech) Masa taka jak elektronu ale ładunek dodatni incoming antiproton “annihilation star” (large energy release from antiproton destruction) Reproduction of an antiproton annihilation star as seen in nuclear emulsion (source: O. Chamberlain, Nobel Lecture) outgoing charged particles Antiproton discovery GeV Fixed target threshold energy required to produce p + p  p + p + anti-p + p incoming antiproton “annihilation star” (large energy release from antineutron destruction) Antiproton charge- exchange reaction into neutron-antineutron pair in propane bubble chamber (source: E.G. Segrè, Nobel Lecture)   p + anti-p  n + anti-n Antineutron discovery 1956

9 M. Witek - Antymateria Symetrie dyskretne Symetrie dyskretne prowadzą do multiplikatywnych zasad zachowania W odróżnieniu od symetrii ciągłych nie ma fundamentalnej zasady mówiącej, że prawa zachowania związane z symetriami dyskretnymi nie powinny być łamane. WielkośćPCT Wektor przestrzenny–x–xxx Czastt–t–t Pęd–p–pp–p–p Spinss–s–s Pole Elektryczne–E–E–E–EE Pole MagnetyczneB–B–B–B–B Symetria odwrócenia biegu czasu jest sprzeczna z obserwacjami świata makroskopowego. Rozbite szklanki nie składają się i nie podskakują z ziemi na stół. Przedmioty będące w spoczynku nie zaczynają przyśpieszać kosztem chaotycznego ruchu cząsteczek podłoża. Jednak w mikroświecie w zderzeniach pojedynczych cząstek elementarnych odwrócenie biegu czasu jest dobrą symetrią. Zderzenie idealnych kul bilardowych oglądane na taśmie filmowej puszczonej do tylu wydaje się zupełnie naturalne.

10 M. Witek - Antymateria CPT – grawitacja, elektromagnetyzm, oddz. silne Eksperymenty dowiodły że każda z symetrii C, P i T jest z osobna zachowywana w oddziaływaniach grawitacyjnych, elektromagnetycznych i silnych. Grawitacja Elektromagnetyzm Siły jądrowe (oddz. silne)

11 M. Witek - Antymateria Niespodzianka dla oddziaływań słabych ! T.D. Lee i C.N. Yang zwrócili uwagę w roku 1956 że niezmienniczość P nie została sprawdzona w oddziaływaniach słabych. C.S. Wu przeprowadziła eksperyment w roku 1957, który wskazywał ze parzystość P była łamana. T CO ~ 0.01 K polarized in magnetic field WielkośćPCT Wektor przestrzenny–x–xxx Czastt–t–t Pęd–p–pp–p–p Spinss–s–s Pole Elektryczne–E–E–E–EE Pole MagnetyczneB–B–B–B–B Za pomocą oddziaływań słabych możemy odróżnić stronę prawą od lewej! Parzystość P i sprzężenie ładunkowe C są łamane w oddziaływaniach słabych maksymalnie

12 M. Witek - Antymateria spin prawoskrętne P lewoskrętne

13 M. Witek - Antymateria Symetrią „lustrzanego odbicia” materia- antymateria jest kombinowana symetria CP Jeżeli jest zachowywana to świat „lustrzanego odbicia” jest nieodróżnialny

14 M. Witek - Antymateria CP

15 M. Witek - Antymateria Obserwowane rozpady na piony: i Wierzono, że : i Jim Cronin Val Fitch Measurement of opening angle of pion tracks and their invariant mass: Odkrycie łamania symetrii CP Stosunek czasów życia: τ L + / τ S - = 580 Uważano, że w układzie neutralnych kaonów występują dwa stany własne CP o różnych czasach życia: długożyciowy K L i krótkożyciowy K S Ale, Cronin, Fitch et al. (BNL) odkryli w 1964 rozpady łamiące CP: K L →π + π - K L   +  – events Obecny najdokładniejszy pomiar stosunku amplitud:

16 M. Witek - Antymateria P P C C Escher i łamanie CP CP

17 M. Witek - Antymateria Cechy i konsekwencje łamania CP Jesteśmy gotowi do zadania pytania kosmitom. Czy ładunek „elektronów” w waszych atomach jest taki sam jak pionów z rozpadu tych neutralnych mezonów B, które rozpadają się na naładowany kaon i naładowany pion z większym stosunkiem niż jego anty partner B. Łamanie symetrii CP w Modelu Standardowym (MS) –Obecne obserwacje wskazują że symetria CP jest zachowana w oddziaływaniach grawitacyjnych, elektromagnetycznych i silnych. –Symetria CP jest nieznacznie łamana w oddziaływaniach słabych (na poziomie 2/1000). –Opis łamania CP jest możliwy w ramach MS dla 3 generacji kwarków w wyniku zjawiska mieszania kwarków –Jeżeli CPT jest zachowane a CP jest łamane to T też musi być łamane! Możemy odróżnić przeszłość i przyszłość (niezależnie od kierunku czasu wyznaczonego II zasadą termodynamiki). Łamanie CP bada się obecnie w układach neutralnych mezonów pięknych B i B s. BABAR

18 M. Witek - Antymateria Jaką odpowiedź otrzymamy? Image: NASA, ESA, M.J. JEE AND H. FORD (Johns Hopkins University) Hubble space telescope picture of Cluster ZwCl Note: ring is not necessarily due to dark matter !

19 M. Witek - Antymateria Early universe ? q Current universe q 1 Matter-Antimatter Asymmetry qq

20 M. Witek - Antymateria Universe

21 M. Witek - Antymateria Warunki Sakharova (1967) konieczne do bariogenezy 1.Niezachowanie liczby barionowej 2.Łamanie C i CP 3.Nierównowaga termodynamiczna Wszechświat jest prawie pusty. Bariogeneza - warunki Sakharova Cała materia naszego wszechświata to wynik drobnej niedoskonałości symetrii CP

22 M. Witek - Antymateria ATLAS CMS ALTAS and CMS concentrate on “high-p T ” discovery physics. Their B-physics potential relies on the low-p T performance of the Trigger systems. LHCb LHCb is not a fixed-target exp- eriment (looks like one). It con- centrates on low-p T B physics. Virtues over ATLAS & CMS: Low-p T track trigger, particle ID & better mass resolution The Future of B Physics and CP Violation at the LHC

23 M. Witek - Antymateria Łamanie CP jest konieczne do wytłumaczenia braku antymaterii P, C, T są zachowane: grawitacja, elektromagnetyzm, oddz. silne P, C są łamane maksymalnie w oddziaływaniach słabych ale CP jest „prawie” zachowana CP, T są symetriami złamanymi ~ 2*10 -3 Obecnie jedynym znanym źródłem łamania CP są oddziaływania słabe Podsumowanie


Pobierz ppt "1 2008-11-20M. Witek - Antymateria Antymateria Lustrzane odbicie Wszechświata? Mariusz Witek Wykorzystano materiały: Andreas Höcker - CERN Summer Student."

Podobne prezentacje


Reklamy Google