Unifikacja elektro-słaba Potrzeba unifikacji Warunki unifikacji elektro-słabej Model Weinberga-Salama Rezonans Z0 Liczenie zapachów neutrin (oraz generacji) D. Kiełczewska, wykład 7

Unifikacja elektrosłaba (model Weinberga-Salama) Rozważmy proces: Możliwe diagramy 1-go rzędu: oraz diagramy 2-go rzędu: Ale amplituda prawd. tego procesu okazała się nieskończona. Tymczasem diagramy 1-go rzędu wystarczą do opisu mierzonego przekroju czynnego. D. Kiełczewska, wykład 7

Unifikacja elektrosłaba Nieskończona amplituda. Pomysł: dodać na poziomie amplitudy dodatkowe procesy tak aby kasowały ten diagram w każdym rzędzie rachunku zaburzeń: z warunkiem unifikacji: oraz: D. Kiełczewska, wykład 7

Unifikacja elektrosłaba c.d. Liczba dubletów leptonów = liczba dubletów kwarków 1 Stałe sprzężenia oddz. elmgt i słabych są porównywalne, a różnica w prawdop. oddz. bierze się z różnych mas bozonów pośredniczących. 2 Kąt Weinberga: był wyznaczony z pomiarów stosunków przekrojów czynnych CC i NC przy niskich energiach przed wykryciem bozonów W i Z. Z wykładu 6: czyli z warunku unifikacji: Stąd spodziewano się masy W: teraz: D. Kiełczewska, wykład 7

Można się spodziewać, że bozony W+,W-, Z0 i γ tworzą multiplet cząstek o podobnych własnościach (choć różnych masach) ale pamiętamy, że: Rozpady Z0 Z uniwersalności leptonowej można się spodziewać nastepujących stosunków rozgałęzień: 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 1 : 3 : 3 : 3 : 3 : 3 ( m(top)>m(Z) ) Z sprzęga się inaczej z leptonami naładowanymi niż z neutrinami. A tymczasem zmierzono: Z0 nie jest po prostu neutralnym bozonem W D. Kiełczewska, wykład 6

Model Weinberga-Salama Słaby izospin T: tryplet bozonów W (T=1): z takimi samymi sprzężeniami do dubletów fermionów Ale Z0 nie może być identyczny z W0 bo sprzężenia Z0 inne dla neutrin. Dlatego dodaje się bozon B0, singlet słabego izospinu (T=0, T3=0) oraz: gdzie D. Kiełczewska, wykład 7

Procesy elektro-słabe Dla dominuje: Dla Formacja i rozpad rezonansu (Z jest rzeczywistą cząstką) D. Kiełczewska, wykład 7

Teoria elektrosłaba znakomicie opisuje dane doświadczalne D. Kiełczewska, wykład 7

Sukcesy unifikacji elektro-słabej: Przepowiedziała (w latach 60tych): istnienie kwarka c istnienie oddz. NC (neutral currents) – z udziałem bozonu neutralnego Z masy bozonów W i Z wprowadzając jeden arbitralny parametr (kąt Weinberga) D. Kiełczewska, wykład 7

Rezonans Z0 - szerokość połówkowa - masa rezonansu Jeśli rezonans rozpada się do kilku kanałów: np: masa niezmiennicza D. Kiełczewska, wykład 7

Rezonans Z0 Przekrój czynny na formację Z0 w zderzeniu dowolnych 2 cząstek i dowolny rozpad: Stosunek rozgałęzień, albo prawd. rozpadu w dany kanał: Przekrój czynny na formację Z0 w zderzeniu dowolnych 2 cząstek i rozpad f: Korzystamy z niezmienniczości czasu: oraz Przekrój czynny na formację Z0 w zderzeniu cząstek i oraz rozpad f: D. Kiełczewska, wykład 7

Rezonans Z0 Szerokość i położenie maksimum wyznaczone przez masę Z i jego całkowitą szerokość Natomiast wysokość zależy od cząstkowych szerokości: Z pomiarów rozpadów Z0 do różnych stanów końcowych wyznaczono: Z uniwersalności leptonowej: D. Kiełczewska, wykład 7

Ile jest neutrin? zmierzone nie można zmierzyć, ale można policzyć wg. teorii elektrosłabej = 0.166 GeV Dotyczy neutrin, których masy <45 GeV D. Kiełczewska, wykład 7

Ile generacji? Jeden z warunków unifikacji elektrosłabej: Warunek jest spełniony oddzielnie dla każdej z 3 generacji: W ramach teorii elektro-słabej możnaby więc dodawać dowolnie kolejne generacje. W mierzonych szerokościach: nie znalazłyby odbicia rozpady do naładowanych leptonów lub kwarków o masach >45 GeV. Masy neutrin 3 generacji są b. małe i możemy się spodziewać, że ewentualna 4-ta generacja miałaby też lekkie neutrina. Ale biorąc pod uwagę warunek unifikacji taka dodatkowa generacja nie tylko neutrin, ale też cięższych cząstek jest wykluczona. D. Kiełczewska, wykład 7

Unifikacja elektrosłaba c.d. Mając bardzo precyzyjne pomiary masy W i Z (LEP) można było wyznaczyć masę kwarka t przed jego wykryciem z pomiaru przekroju czynnego na: oraz uwzględniając poprawki wyższych rzędów: z bezpośrednich pomiarów D. Kiełczewska, wykład 7