Slabé interakce

1

Slabé interakce

Zachovávají leptonová čísla, nezachovávají paritu, izotopický spin, podivnost, c, b , t

Mají význam?

Nyní standardní model elektromagnetických a slabých interakcí.

2

Fermiho vazbová konstanta G

V bude

tj. mezi spiny jader

3

Přechody s l= 0 tzv, dovolené přechody, s lzv. zakázané přechody

Rozpady s ΔJ = 0 se nazývají Fermiho přechody ΔJ = 1 Gamow –Tellerovy přechodyFermiho přechody ≡

Gamow-Teller ≡

4

n ⟶ p e n + ⟶ p + e

Ale jsou možné i další kombinace

ale zachovává paritu

5

Nutno dodat pseudoskalární člen

z experimentůPříspěvek do Fermiho přechodů

Interakce typu T a A mění spin jader Příspěvek do Gamow-T přechodů

6

Diracova rovnice

Nehmotná částice

7

⦁ β rozpadyNeutrina se nedetekují ⟹ měří se úhel mezi nabitým leptonem a odraženým jádrem

Účinné průřezy preferují vektorovou a axiální vazbu

⦁ podélné polarizace leptonůVýpočty:

helicitu 1 v interakcích T a S

⦁ v rozpadech π ⟶ μ ⟶ e

Čistá V-A interakce

Pro

8

Jaderné rozpady =⟹ Rozpady částic

Rozpady pionů:

9

⦁

⦁

spor

Modifikace σ zavedením intermediálního bosonu

10

Divergentní

Řešení : neutrálního vektorového bosonu

11

Také v elektromagnetických interakcích se odstraní divergence, když přispějí3 diagramy

Leptonové rozpady :

⟶ +

⟶ ⟶ +

Podobně prorozpady na miony a τ leptony

Hadronové rozpady tj. rozpady na kvarky?

12

Semileptonové rozpady beze změny podivnosti, ΔS= 0

Např. rozpad neutronu

Neleptonové rozpady podivných částic

Selekční pravidla:

i počáteční stav f koncový stav

Důvod: transformace kvarku s (S= -1, I =0) na kvark d

Např. rozpady hyperonu Λ ⟶ Pro případ, že pion a nukleon mají celkovýIzotopický spin 1/2

13

Semileptonové rozpady podivných částic obvykle

počátečního baryonu

Rozpadové četnosti s různými hodnotami ΔSRozpad neutronu: kvarkový proud stejnou strukturu jako čistá V-A vazba,

Semileptonový rozpad hyperonu Λ , v maticovém elementu lze zaměnit index d za s

Výpočet:Po korekci na fázový prostor stejné větvící poměryaleMěření: slabé proudy s ΔS = 1 jsou potlačeny faktorem asi 20 vzhledem k ΔS = 0

n ⟶ p e d ⟶ u e

Λ ⟶ p e s ⟶ u e

Narušení univerzality?

14

Vliv fázového prostoru, β rozpad n ⟶ p e dw 𝑑𝑝𝑒

Celková pravděpodobnost integrací přes celková dostupná energie pro lept. pár tj. rozdíl hmotností mezi baryony

Λ ⟶ p e Frakce f = 8.3

𝑌1𝑛

𝐺2

Velké energie elektronu, ( korektní pro rozpad Λ )

w = = 1.3 MeV pro proton 177 MeV pro Λ

w ≡ = 1/τ , τ je celková doba života = 2.6 ⦁ s, ale pro semileptonový rozpad Γ = f ⦁ Pro neutron = 889 s, f=1

Fázový prostor

15

s za d

Označení: kvarkový proud

16

≡

Proces s produkcí nabitých W tzv. nabité proudy

17

Rozpady mezonů K ~ 63 % 21 % 6 %

21 % 12 % πμν 26 % πeν 39 % 7 ⦁

Proč?Silně potlačené

1 00 −1

)

Přechody s ΔS = 0 přechody s Δ=1Popisuje rozpad ?

18

popisuje rozpad ?

!!!!

Obecně Rotace v izotopickém prostoru

Do přibude člen

19

Celkový proud:

⟶

20

Rozpady i na páry

Rozpady pionů či kaonů, hybnost kolem 200 GeV, rozpadový tunel, absorbátor za ním komora.plněná těžkou kapalinou

neutrin. Také byly nalezeny neelastické případy

Nenelastická interakce

21

CKM matice

22

Aparatura UA1

23

Boson má pouze jednu projekci spinu

Nutná kvalitní selekce případů

proton antiproton

24

25

elektronů

Bosony W a Z byly zkoumány na urychlovačiLEP v CERNa na urychlovači Tevatron ve FNAL

26

Narušení C

Oscilace neutrálních kaonů

Dva piony

27

Tři piony: momenty hybnosti l a L

L=L=0

Fázový prostor τ( ) τ ( )

28

oscilace V čase t=0 čistý svazek o jednotkové intenzitě

V čas t v TS kaonu bude mít nestacionární stav vlnovou funkci:

29

doba života

30

Regenerace

+ p ⟶ + ΛPrahové energie

o délce

elasticky

Navíc přes produkci hyperonu větší absorpce

31

Ze svazku s podivností -1vznikne i svazek s podivností +1.

Experimentálně potvrzeno

32

Narušení CP v soustavě -

33

Obsahuje dvoupionové rozpady

Modifikace stavů -

Experiment:

Narušení CP v důsledku směšování stavů -

34

Přímé narušení CP

Příměs přechodů s ΔI = 3/2.Parametrizace příspěvků veličinou

35

Oscilace - -

Velmi maléHlavně přes výměnu kvarku t ⟶ velké

Hodně rozpadových kanálů ¿

⟶LHC experiment LHCb

36

Sjednocení elektromagnetických a slabých interakcí

Slabé interakce

Elektromagnetické interakce i

pozorované

Standardní model

37

38

Prověřování standardního modelu elektroslabých interakcí

f elektron, mion či lepton τ

Nejvhodnější je koncový stav dvou mionů

39

( urychlovač PETRA v DESY Hamburk, experiment CELLO)

C konstanty, které jsou funkcemi vektorových a axiálních vazb. konstant

40

Rozpady , q + , ν +

Celková rozpadová šířka:

Počet leptonových rodin

2 x tři barvy

Axiální a vektorové vazb. konstantykvarků či leptonů

Experimenty na urychlovači LEP , CERN

41

šířka bosonu , N ≡ počet leptonových rodin

Celková energie elektronového a pozitronového svazku

ExperimentDELPHI

výpočet

42

Oscilace neutrin

Pontecorvo

Vlastní stavy slabých interakcí

Vlastní stavy operátoru hmotnosti

Standardní model: neutrina nehmotná, proč?

Mají stejnou hybnost

43

Pravděpodobnost nalezení v původním svazku mionových neutrin

Pravděpodobnost nalezení v původním svazku mionových neutrin

44

Rozšíření na 3 neutrina : ekvivalentní j směšování kvarků, tj CKM matici

Oscilace mezi 3 generacemi neutrin závisí na parametrech 3 úhly, , Δ , Δ a fáze

45

experimenty

1. Sluneční neutrina

Neutrina z urychlovačů

46

Malý tok

1 % zale

47

Počet detekovaných interakcí/ očekávaných

Kavkaz

Gran Sasso, Itálie, 30 t Ga

+ N ⟶ + N

Detekce elektronů Čerenkovským zářením, kvůli pozadí práh na energii neutrin 3-6 GeVtj. detekována neutrina z boru. Počet detekovaných interakcí/ očekávaných

Detekovány rovněž z kosmických spršek – pozorován deficit ?

48

49

Měřil tok všech neutrin ze slunce, terč deuterium

nabité proudyNeutrální proudy

Elektrony detekovány čerenkovským zářením v deuteriu

Neutrony: detekovány záchytem na deuteriu ⟶ vznik fotonů o energii 6.15 MeV

Comptonovský rozptyl ⟶ elektrony , čerenkov. zářeníCelkový tok neutrin s energií > 5 MeV: Podle očekávání

Tok elektronových neutrin:

Poloviční proti očekávání

50

2. Reaktorová antineutrina:

experimenty KamLand, Doube Chooze, Daya Bay, RENO

Japonsko Francie Čína

Korea

Nedostupná oblast v dúsledku pozadí

51

Experiment Daya Bay Blízký a vzdálený detektor, + p ⟶ nKapalný scintilátor dopovaný gadoliniem (Gd) , úč. průřez záchytu tepelných neutronů 50 000 barnů

Změřil

52

3. Urychlovačová neutrina zdroj mionová neutrina, vzdálenost zdroj – detektor ≈ 700 km

T2K MINOS NOva OPERA ICARUS

JaponskoJ- park ⟶ Super-Kamiokande

Fermilab ⟶ Minnesota CERN ⟶ Itálie, Gran Sasso

⟶

Měření oscilací: některá neutrina musí mít hmotnost