IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD1 40 LAT SŁABYCH RADIACYJNYCH ROZPADÓW HIPERONÓW (WRHD)

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD ANNUS MIRABILIS Łamanie CP – Christenson, Cronin, Fitch, Turlay, PRL13(1964)138 Wolfenstein – oddziaływanie supersłabe Twierdzenie Bella – J.S.Bell, Physics 1(1964)195 zmienne ukryte, determinizm, nielokalność Odkrycie – PRL12(1964)206 Twierdzenie Hary – Y. Hara, PRL 12 (1964) 378 Słabe radiacyjne rozpady hiperonów (WRHD) Algebra prądów – M.Gell-Mann, Physics 1(1964) 63 Symetria chiralna SU(3) L x SU(3) R Twierdzenia o miękkich pionach Kwarki – M.Gell-Mann, PL 8 (1964) 214; G.Zweig, TH-401,412 (1964)

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD3 Produkcja stowarzyszona - Rozpady słabe p K0K0 Słabe nieleptonowe rozpady hiperonów (NLHD) uds ud uud Zmiana dziwności: |ΔS| = 1 PROLOG (1) – Lata 50-te

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD4 Istotne informacje o strukturze kwarkowej – Symetria funkcji falowej barionów Prolog (2): ELEKTROMAGNETYCZNE własności hadronów: momenty magnetyczne barionów KOLORKOLOR a)Model kwarków konstytuentów b)Model Schwingera (VMD) – model dominacji mezonów wektorowych c)Model worka d)Model Skyrme e)... μ n /μ p Symetryczna spinowo- zapachowa funkcja falowa -2/3 ( - 2 antysymetryczna ) Eksperyment

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD5 ZAGADKA #1 – momenty magnetyczne (c.d.) Przepis: 1. trzy swobodne kwarki qqqqq w stanie o odpowiedniej symetrii funkcji falowej (jak dwa swobodne elektrony e - qe - ) 2. Dirakowski moment magnetyczny kwarku μ q =e q /2m q const Rezultat: poprawne (<20% błędu) μ dla p, n,, +, 0, -, 0, - jeśli m u,d const 330 MeV ~ 1/3 m p m s const 500 MeV ? związaneswobodne a) Kwarki konstytuenty

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD6 b) Model Schwingera – (1967); P.Ż. (1985) VMD+symetria SU(6) B out wierzchołka ρ,ω,φ B in (nie ma mowy o masach kwarków) exp = 2.79 = μ p = 2m p /m ρ 2.48 =2 3m const /2m const = 3 Najlepszy bezparametrowy opis momentów magnetycznych c) Model worka Lekkie kwarki Skala momentów magnetycznych – promień worka Opis danych gorszy

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD7 ZAGADKA #2 – słabe i elektromagnetyczne Perturbacyjne słabe i elektromagnetyczne – jak dla momentów magnetycznych + p |ΔS|=1 - p WRHDNLHD Nadzieja: Prosto jak dla μ B Komplikacje - oddziaływania silne, FSI – oddziaływania w stanie końcowym, Problemy z opisem amplitud SU(3) F

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD8 WRHD & NLHD – amplitudy zachowujące parzystość P (p.c.) – amplitudy łamiące parzystość S (p.v.) Stosunki rozpaduB |S| 2 +|P| 2 Asymetrie = 2 Re (S * P) / (|S| 2 +|P| 2 ) fale NLHD p n 0 + n + + p 0 n 0 0 WRHD + p 0 n n B O(10 -3 ) B O(1) Silne / Elektromagnetyczne

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD9 NLHD - Struktura SU(3) F [1] Macierze 3 3: B in, B out, M out, H p.v. 6 = (s d) (Fala S - P.V.) S = B out | H p.v. |B in PCAC: Algebra prądów A a m 2 a S B out |[A 0 a, H p.v. ]| B in + R Twierdzenie o miękkich pionach: R 0 S zależy więc od 3 (a nie 4) macierzy: P.V. wyraża się więc przez P.C. B 1 | H p.c. | B 2 [A 0 a, H p.v. ]=[V 0 a, H p.c. ] V 0 a |B in = |B a generator B a |= B out | V 0 a SU(3) F Teoria ( )

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD10 NLHD - Struktura SU(3) F [2] P – model biegunów (bariony w stanie podstawowym) P.C. + H p.c. B in B out p.v. B 1 | H p.c. | B 2 = f Tr( 6 [B 1,B 2 ]) +d Tr( 6 {B 1,B 2 }) p.c. Z danych dośw. Fala P: f P /d P -1.8 Fala S: f S /d S -2.5 d P /d S 2 – 2.7 (f P /f S ) Algebra prądów: (miękkie piony) f P =f S d P =d S Zagadka #3 (prolog) Jest SU(3), ale inne parametry dla P, a inne dla S B. DOBRY OPIS DANYCH

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD11 WRHD – Twierdzenie Hary (1964) Założenia: 1. SU(3) F (bez kwarków) 2. CP zachowane ( Lokalna teoria pola na poziomie hadronowym) Twierdzenie: Dla rozpadu + p : amplituda łamiąca parzystość (S) znika w granicy ścisłej symetrii SU(3) Asymetria ( + p ) = 0 w granicy SU(3), o ile amplituda P jest różna od zera B ( + p ) SU(3) : NLHD Mom. magn. - błąd 10-20% Oczekiwanie: | ( + p )| ~ 0.2 B ( n ) B ( 0 ) B ( 0 0 ) Dane obecne

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD12 WRHD + p Asymetria Stosunek rozpadu B ?? Silne łamanie SU(3) ? eksperyment Poważne ostrzeżenie

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD13 WRHD –Teoria [1] Trzeba opisać wszystkie rozpady: są połączone symetrią SU(3) Poziom hadronowy - symetria Poziom kwarkowy + p 0 n n suu duu sud dud ssu sdu s u u d sd ssd sdd związek

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD14 WRHD –Teoria [2] 1979 Gilman, Wise Poziom kwarkowy Założenie: s d dominuje (Addytywność momentów magnetycznych pojedynczych kwarków) Teoria: B( + p ) 0.1 B( ) Doświadczenie 1987: ( ) Czynnik 100! Doświadczenie 1994:

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD15 WRHD –Teoria [3] Poziom hadronowy 1981 Gavela et al. (LPTHE Orsay) Rachunek à la NLHD - model biegunów, SU(3) złamane: Fala P – bariony w stanie podstawowym 1/2 + Fala S – bariony w stanie wzbudzonym 1/2 zmiana parzystości stosunki rozpadu asymetrie teo. B eksp. (1980) teo. eksp. (1980) + p n Łamanie SU(3) we wzorach można prześledzić: S ( + p ) znika w granicy SU(3) w zgodzie z tw. Hary,

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD16 WRHD – Teoria [4] Poziom kwarkowy 1983 Kamal, Riazuddin Dominuje: su ud s u u + pozostałe diagramy Brehmstrahlung ud Rachunek daje wzory na amplitudy i ich zależność od SU(3) Rezultat: S( + p ) 1 ( 2 + ) / 3 po W przed W Łamanie SU(3): < 1 W granicy SU(3): S( + p ) 0 SPRZECZNE Z TW. HARY model worka |S| >> |P| ? W

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD17 WRHD – Teoria [5] stosunki rozpadu asymetrie K. B. eksp. (1988) K. B. eksp. (1988) + p n < 8.0 Reguły sum QCD Model Skyrmea 1987 Khatsimovsky, 1986 Balitsky et al. stosunki rozpadu asymetrie Kao eksp. (1988) Kao eksp. (1988) + p n < Kao Niektóre inne podejścia

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD18 WRHD – Teoria [6] Poziom kwarkowy Powtórna analiza rezultatu KR: CP Błąd sztuki (rachunkowy,...)? - NIE ? 1988 Verma Sharma teo. B eksp. (1988) teo. eksp. (1988) + p n < Poziom hadronowy Fala P (p.c.): wzory dla poziomów kwarkowego i hadronowego takie same (drobne różnice) – Różnica pochodzi z fali S 0.8 Zagadka #4

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD19 WRHD – Teoria [7] Poziom hadronowy 1989 P.Ż. Mom. magnet. SU(6) + VMD Schwinger 1967 Poziom hadronowy jak kwarkowy Co SU(6)+VMD da dla WRHD? powiązać przez SU(6) VMD 1979 Desplanques, Donoghue, Holstein Łamanie parzystości w jądrach: Oddziaływanie NN przez wymianę,,.. Jeden wierzchołek łamiący parzystość + VMD = Łamanie tw. Hary (P.Ż.) Wzory ~ jak w modelu kwarków Poziom hadronowy jak kwarkowy Czemu tw. Hary łamane? NLHD Co SU(6)+VMD da dla WRHD?

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD20 WRHD – Teoria [8] Poziom hadronowy 1991 P.Ż. teo. B eksp. (1991) teo. eksp. (1991) + p n Model kwarków NLHD+SU(6)+VMD (DDH) przewidywania Wydaje się, że pojawia się zbieżność i zgodność z danymi ALE CZEMU MODEL KWARKÓW ŁAMIE TW. HARY ? Problem ? 0.8 Model biegunów hadronowych 0.9

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD21 WRHD – Teoria [9] Poziom kwarkowy i hadronowy 1995, 1996, 1999, 2002 P. Ż. Symetrie obu poziomów + p n SU(3) 1/3(2) 1/2 +1/6(3) 1/2 0 +1/3 1/3(2) 1/2 +1/2(3) 1/2 1/3(3) 1/2 0 (1)(2) Poziom hadronowy: (1) (2) Poziom kwarkowy: (1) + (2) zachowane łamane Doświadczalne rozróżnienie Tw. Hary + p n zach. 0 1/3(3) 1/2 +1/3(3) 1/2 +1/3 łam. 2/3(2) 1/2 +2/3(3) 1/2 1/3(3) 1/2 +1/3

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD , 1996, 1999, 2002 P. Ż. WRHD – Teoria [10] Poziom kwarkowy - fizyka s u u u d SU(3): m s =m u =m d Ten kwark u wchodzi na powłokę masy Propaguje się do Dla barionów nie ma bieguna bo ½ - i ½ + nie są zdegenerowane ½ ½+½+ ½+½+ Słabe

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD23 WRHD – Teoria [11] WRHD testuje sensowność używania modelu kwarków konstytuentów w stosunku do opisu z poziomu hadronowego. ( momenty magnetyczne,...) (bieguny kwarkowe hadronowe) Przewidywania i doświadczenie 1995, 1996, 1999, 2002 P. Ż. + p n do – do Model kwarków / SU(6) + VMD 0.6 do (?) Model biegunów hadronowych Asymetrie do Doświadczenie (1995) (b. trudne) Doświadczenie (1998) Doświadczenie (1999) NA złamanespełnioneTw. Hary 3x i znak NARAZ: (Silne), el.-magn. i słabe Doświadczenie ( )

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD24 WRHD – Teoria [12] Połowiczne konkluzje i dalsze pytania 1. Twierdzenie Hary spełnione 3. Model kwarków prowadzi do artefaktów 4. Model worków ( |S| >> |P| ) – rachunki najprawdopodobniej błędne 2. Model biegunów hadronowych – główne przewidywania OK 5.NLHD + SU(6) + VMD -poziom hadronowy, (a la Schwinger)(nie ma biegunów kwarkowych) wyniki zgodne z modelem kwarków ?

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD25 WRHD – Teoria [13] Rozwiązanie – poziom hadronowy, symetria (1979 Desplanques, Donoghue, Holstein - DDH ) Opis wierzchołków słabych NN poprzez symetrię z NN, dla opisu słabych oddziaływań w jądrach + VMD Łamanie tw. Hary błędne 2003 P.Ż. (DDH) S NLHD = S( miękkie ) Określone własności SU(3) (P.Ż.) +R Inne własności SU(3) SU(6) S NLHD ( ) ? +VMD Łamanie tw. Hary SU(6) R NLHD ( ) S NLHD ( ) +VMD tw. Hary spełnione Powód łamania tw. Hary inny niż w modelu kwarków

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD26 WRHD + NLHD – Teoria [14] Efekt uboczny: f, d S ( miękkie piony )+R+R fSdSfSdS Eksp f S /d S 2.6 NLHD = fPdPfPdP f P /d P 1.8 d P /d S 2.5 Algebra prądów WRHD f S ( WRHD ) d S ( WRHD ) ok ok VMD + SU(6) (SU(3), no + p ) 0 0 0

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD27 WRHD + NLHD – Teoria [15] Gell-Mann i Zweig VMD: ~ V (prąd wektorowy) PCAC: ~ A (prąd aksjalny) Zweig: ; SU(6) Gell-Mann: V A ; SU(3) L SU(3) R Rozróznienie między kwarkami konstytuentami Zweiga (1964) i kwarkami prądowymi Gell-Manna (1964) – ( tylko symetria) Dla Gell-Manna dwa człony dla (w zależności od tego na co zadziała), jeden dla ( T(A(x), H p.v.(0)) ) T(V(x), H p.v. (0))

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD28 Momenty magnetyczne q q q||q q q WRHD q q q| |q q q Podsumowanie (1)

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD29 40 lat WRHD – Podsumowanie (2) 1.Przyczyny dużej asymetrii ( + p ) – zidentyfikowane po 40 latach poprzez pełną analizę danych doświadczalnych: wielkość asymetrii MUSI wynikać z silnego łamania SU(3) ( zagadka #2) 2. Przyczyny sprzeczności między różnymi teoretycznymi rachunkami amplitudy S łamiącej parzystość dla poziomów kwarkowego i hadronowego zidentyfikowane: (zagadka #4) kwarki konstytuenty – bieguny kwarkowe osobliwość – kwarki swobodne hadrony – bieguny hadronowe brak osobliwości (zagadka #1) kwarki jako indeksy 3. Doświadczalne rozróżnienie między kwarkami konstytuentami Zweiga, oraz prądowymi Gell-Manna 4. Jednocześnie rozwiązano 40-letni problem różnych wartości f oraz d w amplitudach S i P w nieleptonowych rozpadach hiperonów – ustalając przy pomocy WRHD wielkość poprawki R (zagadka #3) Prowadzą do artefaktów

IFJ PAN P.Ż.40 lat WRHD30 Uwagi końcowe Rachunek typu VMD+NLHD+SU(6)+PCAC ( algebra prądów Gell-Mann ) ze złamaną symetrią SU(3) też już wykonany (2005) i działa (błędy – 20-30% na poziomie amplitud) Zrozumienie jak słabe wierzchołki typu p, NN, itd. wiążą się ze słabymi wierzchołkami typu p, NN, itd. oznacza, 1) albo że obecny opis słabych oddziaływań w jądrach (DDH 1979) jest błędny... 2) albo też, że model dominacji wektorowej (identyfikacja prądu V z polem (, )) jest błędny … TERTIUM NON DATUR 40 lat historii WRHD dobitnie pokazuje, jak często eksperymentatorzy i teoretycy się mylili propagator kwarku ?? – masa kwarku ??