Cesta do mikrosvěta. Martin Rybář

Transkript

1 Cesta do mikrosvěta Martin Rybář

2 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

3 w + w _ p e n J/

4 Jak studujeme mikrosvět??!?

5 Jak studujeme mikrosvět??!? E=m.c 2

6 Jak studujeme mikrosvět??!?

7 Počátky Standardního modelu (SM) 1895, Becquerel, Curie: objev radioaktivity 1897,Thomson: objev elektronu v katodovém záření Rutherford použil alpha částice ke studiu struktury atomu.

8 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

9 Předpovězení neutrina 1930: Pauli předpovídá existenci nové neutrální částice neutrina. Experimentální potvrzení až : F. Reines (N.p 1995), W. Cowan: Nová teorie rozpadu neutronu Produkty nemusí existovat v počátečním stavu! p n e νe

10 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

11 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?

12 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

13 Podivnost Záhada vyřešena zavedením nového kvantového čísla Gell-Mann: podivnost Na urychlovačích objeveno velké množství nových částic

14 Existuje nějaká vnitřní symetrie? Analogie: Periodicky se opakující chemické vlastnosti prvků

15 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?

16 Detekce částice Ω (1964)

17 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?

18 Nositelé síly!

19 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

20 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

21 Gravitace

22 Elektromagnetizmus

23 Slabá interakce Rozpady částic Jaderná fůze W a Z bosony objeveny 1973 v CERNu

24 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~ MeV Proton: 5 MeV+5 MeV+ 10 MeV!= 1000MeV?!??!?

25 Hmota protonu Hmotu hadronů tvoří převážně gluony!

26 Je náš model kompletní? Kvarky u, d, s, c, b, t Leptony e, μ, τ + neutrina Objevil by výkonnější urychlovač další rodiny fermionu?

27 Existuje více rodin fermionů? Z měření rozpadové šířky Z bosonu ne!

28 Původ hmoty 28

29 , CERN

30 Problémy standardního modelu Problém hierarchie Neutrina temná hmota,... Řešením je fyzika za standardní model: SUSY Composite Higgs model Technicolor + mnoho dalších nedovysvětlených jevů

31 To be continued...