Alexander Kupčo. kupco/qcd/ telefon:

Transkript

1 QCD: Přednáška č. 1 Alexander Kupčo kupco/qcd/ kupco@fzu.cz telefon:

2

3 F. Halzen, A. Martin: Quarks and leptons

4 Kvarky, partony a kvantová chromodynamika cesta od objevu struktury protonu (hadronů) k teorii silných interakcí Plán přednášky Rozptyl - základní nástroj zkoumání struktury hmoty Symetrie - Lieovy grupu - SU(3), rozklad na ireducibilní representace, multiplety Kvarkový model Feynmanův partonový model - hluboce nepružný rozptyl ep, strukturní funkce Kvantová chromodynamika - běžení α S, barevné matice a základní procesy IR divergence - jety, partonové spršky, DGLAP evoluční rovnice

5 Symetrie a struktura hmoty Keplerův novoroční pamflet (1611) O šestiboké sněhové vločce Bentley 1902 šestičetná symetrie má co dělat se způsobem, jakým lze uspořádat koule v prostoru uspořádání s šestičetnou symetrii je nejhustší Matematikové dokázali tuto Keplerovu doměnku po velkém úsilí až v roce 1999 (Hales) První úvaha o vztahu mezi symetrií a strukturou hmoty? Pravidelnost bývá odrazem jednodušší vnitřní struktury

6 Struktura hmoty - atomy Periodická tabulka prvků (Mendělejev 1869) - bílá místa, mohl předpovědět existenci nových prvků i jejich základní vlastnosti Pochopit, jaká struktura a fyzikální zákony jsou v tabulce zašifrované, si vyžadálo hodně času - experiment: objev elektronu (Thompson 1897), objev jádra (Rutherford, 1910) - teorie: kvantová mechanika, elektromagnetismus

7 Experiment - počátky (Rutherfordův experiment) první částicový experiment provedený Geigerem a Marsdenem úhlový roztpyl α-částic na Au folii odpovídá rozptylu na bodovém náboji kladný náboj je lokalizován o poloměru 4000 menším než než atom Au zařízení se vešlo na stůl dnešní experimenty na urychlovačích jsou v podstatě stejné - svazek - terčík - detektor jen trochu větší a sofistikovanější...

8 Detektor ATLAS

9 Periodická tabulka hadronů - kvarkový model Ne eman Gell-Mann Zweig SU(3) CERN, July 1962 baryony (qqq): = mezony (q q): 3 3 = předpověď nových částic, anomální µ, m,... - předpoklad, že kvaky nesou barvu (RBG) experiment: je možné kvarky vidět? teorie popisující interakci kvarků?

10 Elastický rozptyl a struktura protonu xz5y/quarks scat.html na proton je potřeba pořádně posvítit Heissenbergova relace neurčitosti x p h/2 x 1 fm E 100 MeV v relativistické QFT hraje roli virtualita fotonu Q 2 = q 2 Hofstadter 1956 koncepčně stejný experiment jako Rutherforův (5 tun) změřený rozměr protonu 0.8 fm Hofstadter 1961

11

12 SLAC a první DIS experimenty (1968)

13 Partonový model překvapení: závislost četnosti rozptylu na Q 2 v DIS je stejná jako u bodového náboje Feynman 1968: proton je vak kvasi-volných částic, partonů (k nelibosti Gell-Manna, put-ons ) partonová distribuční funkce d i (x) popisuje pravděpodobnost, že v protonu je nalezen parton typu i nesoucí část hybnosti protonu x foton 2 Q >> M p proton nabité partony - mají spin 2 1 (jsou to skutečně kvarky) - je jich mnohem víc než 3 - nesou polovinu hybnosti protonu neutrální partony jsou gluony d i (x) nedají se samostatně vyrazit... (jety)

14 Kvantová chromodynamika (QCD) - teorie silné interakce jaká teorie vede na velkých vzdálenostech k uvěznění a naopak na malých vzdálenostech k asymptotické volnosti? Gross, Wilczek, Politzer (1973) - toto chování mají v sobě neabelovské Yang- Millsovi QFT; SU(3) kalibrační invariance Ψ = exp(igα a (x)t a )Ψ L QCD = 1 4 Ga µνg µν a + Ψ (iγ µ D µ m) Ψ D µ µ igt a A µ a, A µ a = A µ a + (1/g) µ α a gf abc α b A µ c [D µ, D ν ] = igt a G a µν, G a µν = µ A a ν ν A a µ + gf abc A b µa c ν

15 Periodická tabulka dneška stejné otázky - Jaké má tato struktura hlubší teoretické vysvětlení? - Můžeme projevy této neznámé fyziky pozorovat experimentálně?

16

17