slides14 (1181146)
Текст из файла
Лекция 14Обзор инструментов физики частиц:детекторы.Важные (и красивые) экспериментыпо наблюдению частиц ивзаимодействийВ.Н.Глазков, МФТИ 2019Часть 1. Обнаружение частиц.Стандартная модельБАК●●●CERN Brochure, 2017длина кольца 27 км14 Тэв в p-pстолкновениях3 ТэВ/нуклон в Pb-PbстолкновенияхСчётчик ГейгераДля ионизующихизлучений:детектируется импульстока, усиленныйобразованием лавинывблизи тонкогоэлектродаДля нейтроновнаполняется гелием-332wikipedia.org, Geiger-Muller tube, http://en.wikipedia.org/wiki/Geiger_Müller_tubeHe+ 10 n → 11 H + 31 HКамера ВильсонаСделанная Ч.Вильсоном камера Вильсона.
Изэкспозиции музея Кавендишской лаборатории.Memorial museum of Cavendish Laboratory, WilsonChamber Discovery,http://chambrebrouillard.wifeo.com/history-andachievements.phpИсторические фото в камереВильсонаРанние фотографии в камере Вильсона (получены Блэкеттом). Слева: рассеяниеальфа-частицы на атоме гелия, угол 900 после столкновения свидетельствует оравенстве масс альфа частицы и атома гелия. Справа: взаимодействие альфачастицы с ядром азота с образованием ядра кислорода и протона.Hystorical tracks of alpha particles by Blackett,http://www.courtauld.ac.uk/researchforum/events/2011/spring/ShowsofLondon.shtmlТрек первого достоверно обнаруженного позитрона в камере Вильсона(К.Андерсон). В центре кадра свинцовая пластина, большая кривизнатрека в верхней части показывает, что позитрон прилетел снизу.C.D.Anderson, The Positive Electron, Physical Review , 43, 491 (1933)Пузырьковая камераBNL, Hystorycal tracks of Omega-minus particle,http://www.bnl.gov/bnlweb/history/Omega-minus.aspПузырьковая камера Гаргамель (ЦЕРН)CERN, CERN for teachers: Bubble Chambers,http://teachers.web.cern.ch/teachers/archiv/HST2005/bubble_chambers/BCwebsite/index.htmИскровая камераνμ +e →μ+ ν eВозникновение мюона в искровой камере при поглощении мюонного нейтрино (почти горизонтальный трек).
Вертикальные полосы - пластины искровойкамеры. Из Нобелевской лекции ШварцаСовременные детекторы (БАК)CERN, What is CMS?, http://cms.web.cern.ch/news/what-cmswikipedia.org, Large Hadron Collider, http://en.wikipedia.org/wiki/Large_Hadron_ColliderПримеры обнаружения частицМюон, таон и «их» нейтрино...τ → e+ ν τ + ν̃ eνμ +e →μ+ ν eВозникновение мюона в искровой камере при поглощениимюонного нейтрино (почти горизонтальный трек).
Вертикальныеполосы - пластины искровой камеры. Из Нобелевской лекцииШварцаν τ + e→ τ +ν e (+a + ã )мюон: ~100 МэВ, 2 мксектаон: ~1800 МэВ, 0.3 псекhttps://arxiv.org/ftp/hep-ex/papers/0012/0012035.pdfВертикальный отрезок 0.1мм, горизонтальный 1ммВнизу: схема детектора. Заштрихованные плаcтины — фотоэмульсия,серые — сталь, белые — пластик.Кстати, длина трека соответствует релятивистскому удлинению времениПревращения кварков(слабое взаимодействие)Наблюдение W и Z бозонов вэкспермиенте.W+W- event at ALEPHThe e+e- annihilation cross-section tohadrons, from initial low energies in earlycolliders to the maximum energy at LEP.https://cerncourier.com/a/the-w-and-z-at-lep/Адронные струи (Jet)+−+e e →W W+W →u d̃−Адронные струи (Jet)+−+e e →W W+W →u d̃−Кварковый состав π+мезона, ноОГРОМНЫЙизбыток энергииАдронные струи (Jet)+−+e e →W W+W →u d̃−Кварковый состав π+мезона, ноОГРОМНЫЙизбыток энергииОбразуется многоадронов«в направлении»исходной частицыБозон ХиггсаE= p cvs.√2 2E= ( m c ) + p c2 2Упрощая: роль взаимодействия Хиггса(взаимодействия с некоторым полем) –появление конечной “цены” создания частицы.Примеры похожего механизма:● фотон в волноводе● фотон в сверхпроводнике● шарик на упругой пленкеНаблюдение бозона Хиггсаточность определения массы бозона Хиггса для разных процессов распада.Экспермиент...Слева: статистика двухфотонных распадов бозона Хиггса.Справа: статистика четырёхлептонных распадов бозона Хиггса.Накопление статистикиНакопление статистики распадов бозона Хиггса по мере развитияэкспериментов на БAK в лета 2011 по декабрь 2012Часть 2.
«Строгие» и «нестрогие»законы сохранения в миреэлементарных частиц.Несохранение чётности иприменение этого эффекта.Законы сохраненияСтрогие: энергия, импульс, момент импульса, зарядПримеры:свободный нейтрон (939.6 МэВ) распадается в протон (938.3) МэВ+электрон (0.51 МэВ) +нейтрино, но не наоборот;электрон-позитронная пара анигилирует в не менее чем 2 гамма квантаСтрогие “в современной Вселенной”: сохранение числакварков (барионного заряда), числа и типа лептоновпредположительно нарушалось в момент рождения Вселенной(барионная асимметрия: преобладание вещества над антивеществом)“Не для всех”: странность, шарм, чётностьнарушаются для слабого взаимодействия(в т.ч.
при смене ароматов кварков)Эксперимент ВуЕсли бы была симметрия к инверсии,то направление вылета бета-частиц независелобыотнаправлениямагнитного момента ядраЭксперимент ВуЕсли бы была симметрия к инверсии,то направление вылета бета-частиц независелобыотнаправлениямагнитного момента ядраЭксперимент ВуРазличие числа отсчётов счётчика бета-частиц при разном направленииполяризующего магнитного поля. В момент t=0 достигалась минимальнаятемпература образца кобальта, затем образец нагревался из-за теплоподводаи выделения тепла при распаде, и поляризация пропадала.
Анизотропия бетараспада поляризованных ядер характеризуется различием числа отсчётов вмомент t=0. Из работы Ц.ВуЧётность не сохраняется прислабом взаимодействии: «левый» и«правый» миры отличаются!Если бы была симметрия к инверсии,то направление вылета бета-частиц независелобыотнаправлениямагнитного момента ядраЭксперимент ВуСледствия:1) CPT-инвариантность законов микромира2) Все нейтрино «левые»: спин направленпротив импульса,антинейтрино - «правые».Различие числа отсчётов счётчика бета-частиц при разном направленииполяризующего магнитного поля.
В момент t=0 достигалась минимальнаятемпература образца кобальта, затем образец нагревался из-за теплоподводаи выделения тепла при распаде, и поляризация пропадала. Анизотропия бетараспада поляризованных ядер характеризуется различием числа отсчётов вмомент t=0. Из работы Ц.ВуЧётность не сохраняется прислабом взаимодействии: «левый» и«правый» миры отличаются!Мюонная спектроскопияp+ p→π + + p+nπ + →μ + + νμ (распад в покое, 20 нсек)++μ →e + ν e + ν̃ μ (распад в образце, 2.2 мксек)●●распад пиона — двухчастичный +«левизна» нейтрино: спин мюонаполяризован против импульса, E≈4МэВпри распаде мюона (опыт Ву!)позитронпреимущественновылетает вдоль спина мюона вмомент распадаМишень для производства мюонов вИнституте Поля Шерера.Схема опытаОсцилляции асимметрии распада мюона,имплантированного в образец, позволяютизмерить локальное магнитное полеЧасть 3.
Реальность виртуальныхчастицhttp://www.treda.ru/i/photos/b/5586/898495a52b9c344d3a05a1848c879b86.jpgСдвиг Лэмба1E n =−Ry 2n22С учётом спин-орбиты (вE ( 2 P 1/ 2)≠E ( 2 P 3 /2 )рамках теории возмущений)Атом водородаСтрогое релятивистскоерешение задачи (Дирак)22E= E (n , j)⇒ E ( 2 S 1 /2 )=E (2 P 1/ 2 )Сдвиг Лэмба1E n =−Ry 2n22С учётом спин-орбиты (вE ( 2 P 1/ 2)≠E ( 2 P 3 /2 )рамках теории возмущений)Атом водородаСтрогое релятивистскоерешение задачи (Дирак)22E= E (n , j)⇒ E ( 2 S 1 /2 )=E (2 P 1/ 2 )Эксперимент(Лэмб, 1947):2S1/2 на 1ГГц выше,чем 2P1/2Сдвиг ЛэмбаEEB)2ℏ ω = 2−(− ) μ B S( 3)B((2ℏ ω1= −(−2) μ B B S32B)2ℏ ω = 2−(− ) μ B S +δ( 3)ℏ ω1 =2S1/2 : g=22P1/2 : g=2/3E1 фотон: S ↔P22−(−2) μ B B S−δ3BСдвиг ЛэмбаEEB)2ℏ ω = 2−(− ) μ B S( 3)B((2ℏ ω1= −(−2) μ B B S32B)2ℏ ω = 2−(− ) μ B S −δ( 3)ℏ ω1 =2S1/2 : g=22P1/2 : g=2/3Willis E.
Lamb, NobelLecture:Fine Structure ofHydrogen AtomE1фотон:Sthe↔P22−(−2) μ B B S +δ3BАномальный магнитный моментэлектрона и мюонаРелятивистская теория предсказывает g=2 для чистоспинового g-фактораВзаимодействие с виртуальными фотонами, электронпозитронными парами приводит к небольшомуотличию, называемому аномальным магнитныммоментомg −2a=2a eэ=0,00115965218073(28)a тe =0,001159652181643(764)a эμ =0,0011659209(6)a тμ =0,00116591804(51)Эффект КазимираИ. К. Айвазовский «Смотр Черноморского флота в 1849 году»λ=2d /nd( )2ℏcπF =−240 d 41 кв.см&1 мкм ===>10-8 НИзлучение ХокингаГоризонт событийMAn artist's drawing a black hole named Cygnus X-1.
Itformed when a large star caved in. This black hole pullsmatter from blue star beside it.Credits: NASA/CXC/M.Weiss(теория!) При образовании пары частиц награнице горизонта событий “в нашей Вселенной”остаётся одна из частиц пары.Чёрная дыра как бы излучает эту частицу, теряетэнергию, “испаряется” (для 200 тонн за 1 сек)25120 π G Mt ex ∼4ℏc3Часть 4. Детектирование нейтрино,проблема солнечных нейтрино,нейтринные осцилляции.Проблема солнечных нейтрино иосцилляции нейтриноhttps://en.wikipedia.org/wiki/SunПоток нейтрино, обнаруживаемый на Земле оказался впервых экспермиентах на 30% ниже, чем ожидается!wikipedia.org, Neutrino, 2017, http://en.wikipedia.org/wiki/NeutrinoСпектр солнечных нейтриноhttp://www.sns.ias.edu/~jnb/SNviewgraphs/SNspectrum/energyspectra.htmlFrom the paper ``Solar Neutrinos: Where We Are, Where We Are Going,'' ApJ 467, 475 (1996), hepph/9512285, updated using the data given in astro-ph/9805135.Каналы детектирования нейтрино●●●●«Эффект Комптона» Все типынейтрино, но для электронных большеэффективность.e +ν →e+ νn+ ν e → p+ eОбратный бета-распад (галлийгерманий, хлор-аргон).
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
