Cesta do mikrosvěta
Martin Rybář
Nobelovy ceny za SM 40 nobelových cen 64 fyziků Antoine Henri Becquerel Pierre Curie Marie Curie Joseph John Thomson Max Planck Niels Bohr Robert Andrews Millikan Arthur Holly Compton P. L.-V. P. R. de Broglie Werner Heisenberg Erwin Schrödinger Paul Dirac James Chadwick Victor Francis Hess Carl David Anderson Enrico Fermi Ernest Lawrence Isidor Isaac Rabi Wolfgang Pauli Patrick Maynard Stuart Blackett Hideki Yukawa Cecil Frank Powell John Cockcroft Ernest Walton
Chen Ning Yang Tsung-Dao Lee Donald Arthur Glaser Robert Hofstadter Eugene Paul Wigner S. Tomonaga Julian Schwinger Richard P. Feynman Luis Walter Alvarez Murray Gell-Mann Burton Richter Samuel Chao Ch.Ting Sheldon L. Glashow Abdus Salam Steven Weinberg James Watson Cronin Val Logsdon Fitch Carlo Rubbia Simon van der Meer Leon. M. Lederman Melvin Schwartz Jack Steinberger J. I. Friedman Henry W. Kendall Richard E. Taylor
Georges Charpak Martin L. Perl Frederick Reines Gerardus 't Hooft Martinus J.G Veltman Raymond Davis Masatoshi Koshiba David Jonathan Gross H. David Politzer Frank Wilczek Yoichiro Nambú Makoto Kobayashi Toshihide Maskawa Peter Higgs Francois Englert
w
+
w
_
p
e
n
J/
Jak studujeme mikrosvět?
?!?
Jak studujeme mikrosvět?
?!?
E=m.c
2
Jak studujeme mikrosvět?
?!?
Počátky Standardního modelu (SM) 1895, Becquerel, Curie: objev radioaktivity 1897,Thomson: objev elektronu v katodovém záření. 1911 Rutherford použil alpha částice ke studiu struktury atomu.
Neutron potížista Od 1920 předpoklad existence neutrální částice 1932, James Chadwick: objev neutronu 1914 Chadwick ukazal spojitost spektra elektronu z β rozpadu Očekávané spektrum Měřené spektrum
Rozpad neutronu Očekávané spektrum
?
nezachovaní energie?!
Měřené spektrum
Předpovězení neutrina 1930: Pauli předpovídá existenci nové neutrální částice – neutrina. Experimentální potvrzení až 19531956: F. Reines (N.p 1995), W. Cowan: Nová teorie rozpadu neutronu Produkty nemusí existovat v počátečním stavu!
p
n
e
νe
Předpovězení a objev antičástic 1928, Dirac: nová teorie → předpověď antičástice → studium kosmickém záření (1932):
Mlžná komora Olověná destička
Určení hmoty částice z měření zakřivení dráhy Objev pozitronu Přilétající částice
Objev mionu a pionu 1937, Anderson a Neddermayer objevili novou silně ionizující částici v kosmickém záření – mion Neočekávané chování → nositel nového „náboje“.
V roce 1951 byl identifikována trojice π-, π+, π0 → částice která má držet atomová jádra Svět částic se zdál být kompletní až na muon.... ...Isidor Rabi: „Kdo si to objednal?“
Otevření Pandořiny skříňky Po objevu pionu následovalo mnoho dalších nových mezonu a fermionů „Podivné“ chování některých částic: párová produkce a podivné rozpady. Produkce v silných interakcích, ale pomalé rozpady
Podivnost Záhada vyřešena zavedením nového kvantového čísla Gell-Mann: podivnost
Na urychlovačích objeveno velké množství nových částic
Existuje nějaká vnitřní symetrie? Analogie: Periodicky se opakující chemické vlastnosti prvků
Kvarkový model 1964, Gell-Mann and George Zweig vysvětlili spektrum částic pomocí kvarků.
James Joyce, Finnegans Wake: „Three quarks for Muster Mark“ Experimentálně potvrzeny a ztotožněny s „partony“ na urychlovačích ve SLACu. Je tohle konec příběhu?
Detekce částice Ω (1964)
Další objevy 4 leptony ale jen tři kvarky! → hledání čtvrtého kvarku Objeven na urychlovačích ve SLACu a BNL 1975 objeven nejtěžší bratr elektronu – tau mezon, později tauonové neutrino (2000). → hledání další rodiny kvarků! Bottom quark objeven 1977 Top quark 1994 na urychlovači Tevatron ve FNAL. Co nám ještě chybí?
Nositelé síly!
Standardní model Standardní model nejsou jen částice, ale i interakce a popis jejich působení! Silná interakce Slabá interakce Elektromagnetická interakce Gravitační interakce Každá síla má svojí vlastní částici(e), která zprostředkovává danou interakci
Standardní model Standardní model nejsou jen částice, ale i interakce a popis jejich působení! Silná interakce Slabá interakce Elektromagnetická interakce Gravitační interakce Každá síla má svojí vlastní částici(e), která zprostředkovává danou interakci
Gravitace
Elektromagnetizmus
Slabá interakce Rozpady částic
Jaderná fůze W a Z bosony objeveny 1973 v CERNu
Silná interakce Mezi barevnými částicemi Drží pohromadě hadrony a atomová jádra Výměnnou částicí je gluon Dvě zásadní vlastnosti: → asymptotická volnost → uvěznění
Hmoty kvarků: u~5, d~10, s~200, c~1500, b~4500, t~175000 MeV Proton: 5 MeV+5 MeV+ 10 MeV != 1000MeV ?!??!?
Hmota protonu
Hmotu hadronů tvoří převážně gluony!
Je náš model kompletní?
Kvarky u, d, s, c, b, t Leptony e, μ, τ + neutrina
Objevil by výkonnější urychlovač další rodiny fermionu?
Existuje více rodin fermionů?
Z měření rozpadové šířky Z bosonu ne!
Původ hmoty
28
4. 7. 2012, CERN
Problémy standardního modelu
Problém hierarchie
Neutrina
temná hmota,...
Řešením je fyzika za standardní model: → SUSY → Composite Higgs model → Technicolor + mnoho dalších nedovysvětlených jevů
To be continued....
