v mikrosvětě Pavel Cejnar Nahoru, dolů, dokola toť dráhy prvků. Ústav částicové a jaderné fyziky MFF UK, Praha Marcus Aurelius, A.D.

Podobné dokumenty
Obsah PŘEDMLUVA...9 ÚVOD TEORETICKÁ MECHANIKA...15

ELEKTROMAGNETICKÁ INTERAKCE

Mezony π, mezony K, mezony η, η, bosony 1

Elementární částice. 1. Leptony 2. Baryony 3. Bosony. 4. Kvarkový model 5. Slabé interakce 6. Partonový model

Teorie grup 1 Příklad axiomatické teorie

Jak nám vládne symetrie. Jan Kábrt

postaven náš svět CERN

Standardní model částic a jejich interakcí

Symetrie a chaos v mnohočásticových systémech

VYPOUŠTĚNÍ KVANTOVÉHO DŽINA

Přednáška 8 Od principů symetrie k základním interakcím

LEPTONY. Elektrony a pozitrony a elektronová neutrina. Miony a mionová neutrina. Lepton τ a neutrino τ

jádro a elektronový obal jádro nukleony obal elektrony, pro chemii významné valenční elektrony

Narušení CP invariance při rozpadech

Alexander Kupčo. kupco/qcd/ telefon:

SYMETRIE V MIKROSVĚTĚ

Od kvantové mechaniky k chemii

Matematika kr sy. 5. kapitola. V hoda pr ce s grupami

Střípky z LA Letem světem algebry

MATEMATIKA, FYZIKA A. Sborník

Jana Nováková Proč jet do CERNu? MFF UK

ALGEBRA. Téma 4: Grupy, okruhy a pole

Za hranice současné fyziky

Petr Kulhánek: Honba za Higgsovými částicemi a moje červené poznámky

ČÁST VIII - M I K R O Č Á S T I C E

Operátory obecně (viz QMCA s. 88) je matematický předpis který, pokud je aplikován na funkci, převádí ji na

Teorie grup a její aplikace ve fyzice

Fyzika atomového jádra (FAJ) Petr Veselý Ústav Jaderné fyziky, Česká Akademie Věd www-ucjf.troja.mff.cuni.cz/~vesely/faj/faj.pdf

Podmínky pro hodnocení žáka v předmětu fyzika

Podmínky pro hodnocení žáka v předmětu fyzika

Gravitační vlny detekovány! Gravitační vlny detekovány. Petr Valach ExoSpace.cz Seminář ExoSpace.

Teorie grup a její aplikace ve fyzice

Nástin formální stavby kvantové mechaniky

Státní závěrečná zkouška z oboru Matematika a její použití v přírodních vědách

O čem se mluví v CERNu? Martin Rybář

Cesta do mikrosvěta. Martin Rybář

Podmínky pro hodnocení žáka v předmětu fyzika

Prověřování Standardního modelu

Kvantové provázání. Pavel Cejnar ÚČJF MFF UK Praha

Struktura atomu. Beránek Pavel, 1KŠPA

Okruhy k maturitní zkoušce z fyziky

Matematika pro informatiku 1

Higgsův boson ve standardním modelu

STŘEDOČESKÝ KRAJ ANTIHMOTA

Orbitalová teorie. 1.KŠPA Beránek Pavel

Experiment ATLAS. Shluky protiběžných částic se srážejí každých 25 ns. tj. s frekvencí. Počet kanálů detektoru je 150 mil.

Jednoduchost složitého rozhovor s profesorem Iachellem

HISTORIE ATOMU. M g r. ROBERT P ECKO TENTO DOKUMENT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

Standardní model. Projekt je spolufinancován z prostředků ESF a státního rozpočtu ČR

Fyzika atomového jádra

Historický vývoj geometrických transformací

6 PŘEDNÁŠKA 6: Stav kvantového systému, úplná množina pozorovatelných. Operátor momentu hybnosti a kvadrátu momentu hybnosti.

Paul Adrien Maurice Dirac

Statický kvarkový model

Úvod do moderní fyziky. lekce 7 vznik a vývoj vesmíru

Fyzika, maturitní okruhy (profilová část), školní rok 2014/2015 Gymnázium INTEGRA BRNO

VI. Maticový počet. VI.1. Základní operace s maticemi. Definice. Tabulku

Kvantová fyzika. Pavel Cejnar mff.cuni.cz. Jiří Dolejší mff.cuni.cz

Aplikace jaderné fyziky (několik příkladů)

Rozluštění skrytých symetrií přírody

Vybrané podivnosti kvantové mechaniky

Standardní model a kvark-gluonové plazma

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

2. 4 F Y Z I K A E L E M E N T Á R N Í C H ČÁSTIC

Kam kráčí současná fyzika

Otázka : před vstupem do reakce se to udělá jak, aby se atom s desítkami elektronů v obalu jich zbavil, tedy abychom my mu elektrony vzali.?

Hamiltonián popisující atom vodíku ve vnějším magnetickém poli:

f x = f y j i y j x i y = f(x), y = f(y),

FYZIKA MIKROSVĚTA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

Od kvarků k prvním molekulám

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Pavel Cejnar. mff.cuni.cz. Ústav částicové a jaderné fyziky Matematicko-fyzikální fakulta University Karlovy v Praze

Informace o písemných přijímacích zkouškách. Doktorské studijní programy Matematika

EU peníze středním školám digitální učební materiál

Podivnosti na LHC. Abstrakt

Slovo ALGEBRA pochází z arabského al-jabr, což znamená nahrazení. Toto slovo se objevilo v názvu knihy

Symetrie molekul a stereochemie

1 Připomenutí vybraných pojmů

o Mají poločíselný spin (všechny leptony a kvarky, všechny baryony - například elektron, neutrino, proton, neutron, baryony Λ hyperon...).

2. Elektrotechnické materiály

Kvantová informatika pro komunikace v budoucnosti

ELEKTROMAGNETISMUS ELEKTRO MAGNETISMUS

rozumíme obdélníkovou tabulku

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

5. 9. FYZIKA Charakteristika předmětu

Hisab al-džebr val-muqabala ( Věda o redukci a vzájemném rušení ) Muhammada ibn Músá al-chvárizmího (790? - 850?, Chiva, Bagdád),

Stavba atomů a molekul

VAROVÁNÍ Přemýšlení o kvantové mechanice způsobuje nespavost

Kvantová fyzika. Pavel Cejnar mff.cuni.cz. Jiří Dolejší mff.cuni.cz

Úvod do laserové techniky

KVARKY S BARVOU A VŮNÍ A CO DÁL?

Mikroskopický obraz vesmíru

Singulární charakter klasické limity

Úvod do moderní fyziky

Maturitní témata fyzika

Vlny. částice? nebo. Pavel Cejnar ÚČJF MFF UK FJDP 2018/19. Objevování kvantového světa

Mlžnákomora. PavelMotal,SOŠaSOUKuřim Martin Veselý, FJFI ČVUT Praha

Fyzika opakovací seminář tematické celky:

Detekce nabitých částic Jak se ztrácí energie průchodem částice hmotou?

FRANĚK A., FENDRYCHOVÁ K.: TEORIE STRUN, SUPERSTRUN A M-TEORIE

Transkript:

v mikrosvětě Pavel Cejnar cejnar@ipnp.troja.mff.cuni.cz Ústav částicové a jaderné fyziky MFF UK, Praha Nahoru, dolů, dokola toť dráhy prvků. Marcus Aurelius, -80 A.D.

Příroda vytváří symetrie Symetrie tvoří přírodu ) Nejdůležitější fyzikální veličiny vyplývají ze symetrií Teorém Noetherové: vztah mezi symetriemi a zákony zachování ) Tvar fyzikálních zákonů je určen symetriemi Typy částic v přírodě a způsob jejich interakce vyplývají ze symetrie

Symetrie v matematice a fyzice M.C.Escher (898-97)

Co je symetrie? "A thing is symmetrical, if there is something that you can do to it, so that after you have finished doing it, it still looks the same as it did before you did it." H. Weyl (885-955)

Matematika symetrií: teorie grup Leonhard Euler (707-783), Carl Friedrich Gauss (777-855), Niels Henrik Abel (80-89), Évariste Galois (8-83), Walther von Dyck (856-934), Marius Sophus Lie (84-899), Élie Joseph Cartan (869-95), Definice grupy: Grupou nazýváme množinu G { g, g,... }, na níž je definována binární operace ( násobení ) ( g, g ) a g g o g 3 s následujícími vlastnostmi:.. 3. g 3 o ( g ) g o = o g = g g - o g o g = g o g = ( g - 3 o = g ) o g (asociativita) (existence jednotkového elementu) (existence inverzního elementu pro každý element g) Mezi požadované vlastnosti nepatří komutativita! g G g g 3

Symetrie čtverce Cyklická grupa Z 4 (diskrétní) 3 3 g g(90º) = g 3 4 4 4 g g(80º) = g Otočení o úhel φ = násobek 90º 3 4 Grupová operace: skládání otočení 3 g 3 g(70º) = g 3 4 g 4 g(360º) =

Symetrie kruhu Unitární grupa U() (spojitá) Sophus Lie (84-899) Otočení o úhel φ = [0,360 ) i k Lieova grupa g( j, j,...) = e jkg k Grupová operace: skládání otočení g - ( j) = g(360 g(360 ) = -j) Algebra [ G i, G j ] = k c ijk G k [ a, b] = ab - ba

Transformace mezi vztažnými soustavami Matematická reprezentace reality stavový prostor Petr T T Pavel Fázový prostor klasické mechaniky Hilbertův prostor kvantové mechaniky

Transformace mezi vztažnými soustavami Matematická reprezentace reality stavový prostor Transformace pozorovatelných: A' = T A T - Petr A Symetrie systému vůči transformaci T nemění se hamiltonián H T T T H ' = H T H T - T H = = H H T Pavel A T komutuje s H existence zachovávající se veličiny!

Teorém Noetherové (98) Symetrie systému popsaná Lieovou grupou s n spojitými parametry Emmy Noether (88-935) Existence n zachovávajících se fyzikálních veličin

M.C.Escher (898-97) Typy symetrie ve fyzice Časoprostorové symetrie Paritní symetrie Kalibrační symetrie Dynamické symetrie Supersymetrie

Časoprostorové symetrie Typ transformace: posunutí v prostoru Pavel Petr Zachovávající se veličina: celková hybnost r p ( p, p, p3)

Časoprostorové symetrie Typ transformace: posunutí v čase Petr Pavel 0 t 0 t Zachovávající se veličina: celková energie E

Časoprostorové symetrie Typ transformace: rotace v prostoru Pavel Petr Zachovávající se veličina: celkový moment hybnosti r J ( J, J, J3)

Prostorové rotace pro bosony a fermiony Nerozlišitelné kvantové částice Bosony (S.Bose, 894-974) Fermiony (E.Fermi, 90-954) Symetrie vůči permutační grupě Bosony vlnová funkce symetrická vůči záměnám Fermiony vlnová funkce antisymetrická vůči záměnám 0º 0º 40º bosony 0º 360º 480º 40º 600º fermiony 0º 70º 360º

p = + p = - Časoprostorové symetrie Typ transformace: inverze prostoru y x Petr Pavel x y zrcadlo Zachovávající se veličina: prostorová parita p = + - NE!!! (pro slabé interakce)

C.S.Wu (9-997) Experimentální detekce nezachování parity (957) Idea: emitovaná částice spin jádro za zrcadlem jádro spin před zrcadlem emitovaná částice Rozpad beta

Paritní symetrie Typ transformace: inverze prostoru Zachovávající se veličina: prostorová parita NE!!! (pro slabé interakce) Typ transformace: záměna částic za antičástice + inverze prostoru (CP) Zachovávající se veličina: kombinovaná (CP) parita? emitovaná antičástice spin antijádro CP zrcadlo NE!!! (pro slabé interakce) (ale jen velmi malý efekt) jádro spin emitovaná částice

produkce: silné interakce K 0 a K 0 nemají určené hodnoty CP-parity: 0 0 0 0 CP K = - K CP K = - K K a K mají určené hodnoty CP-parity: 0 0 0 K = K - K K = K + K CP K = + K CP K = - K Při zachování CP by K a K odpovídaly stacionárním módům oscilací. Také rozpady těchto módů zachovávají CP. K fi pp K fi ppp, pmn, pen S Skutečnost: stacionární módy oscilací narušují CP: K S t c» 3 cm S t» 0.9 0 K -e K K K + e K -3 K 0 L e».3 0 Proto se dají pozorovat také ππ rozpady mezonu K L (45 eventů z 700). Experimentálně potvrzeno 964 d s mezony d s K oscilace: slabé interakce podivnost= + podivnost= 0 ( ) ( ) -0 s t L» 5. 0 t c» 5m L -8 s 0 rozpad: slabé interakce JW Cronin (93-) VL Fitch (93-) 980 Nobelova cena

Paritní symetrie Typ transformace: inverze prostoru Zachovávající se veličina: prostorová parita NE!!! (pro slabé interakce) Typ transformace: záměna částic za antičástice + inverze prostoru (CP) Zachovávající se veličina: kombinovaná (CP) parita NE!!! (pro slabé interakce) (ale jen velmi malý efekt) Typ transformace: záměna částic za antičástice + inverze prostoru + inverze času (CPT) SNAD ANO? Typ transformace: inverze času PRAVDĚPODOBNĚ NE? (pro slabé interakce) (ale jen velmi malý efekt)

Proč svět není symetrický vzhledem k CP zrcadlení? Protože kdyby byl, tak by se tomu neměl kdo divit! Narušení CP symetrie je pravděpodobnou příčinou přebytku hmoty nad antihmotou v raném vesmíru.

Kalibrační symetrie R.P. Feynman (98-988) Příklad: kvantová elektrodynamika (QED) ( m ) ( mn ) i cyg my - mc yy + - p F Fmn + (- q [ yg m y ] A ) L = h 6 Popisuje pole elektronů a pozitronů Požadavek symetrie vůči transformaci iqq ( x)/ h y fi e y Lokální U() symetrie pro pole nabitých částic A m fi Am + mq Kalibrační symetrie elektromagnetického pole Popisuje pole fotonů Im i ( x ) e q q (x) F = A - mn Re Popisuje interakce elektronů, pozitronů a fotonů e± γ i ( x) e q m n n A m e± Zachovávající se veličina: elektrický náboj m

Dynamické symetrie Konkrétní fyzikální systémy mohou mít větší symetrie než jen zmíněné časoprostostorové symetrie: G dynamika G časoprostor r Příklad : Harmonický oscilátor E = p m r z r = k x + i m r p Příklad : Keplerův systém E = E = m r z p r -k r x k r + x U(3) SO(4) SO(3) V r SO(3) r V J.Kepler (57-630)

Budoucnost: Supersymetrie? Bosony [x,y]=z foton gluon Z, W selektron sneutrino skvark supergrupa / superalgebra [sudý,sudý]=sudý [sudý,lichý]=lichý {lichý,lichý}=sudý z={x,y} Fermiony fotino gluino Zino,Wino elektron neutrino kvark Komutativitu porušují nejen elementy g(φ), ale i proměnné φ: j f j = j f = -f j f = 0 j f = f j f obyčejné proměnné Grassmanovy proměnné H.G.Grassmann (809-877)

Absence symetrie: Chaos? Ne! I chaos má své skryté symetrie, svou matematiku. Možná ještě mnohem krásnější než sphairos! Podle Empedokla (cca.490-430 př.n.l.) se reálný svět (Cosmos) rodí střetem světa dokonalého pořádku (Sphairos) se světem naprostého nepořádku (Chaos).

I had a feeling once about Mathematics, that I saw it all Depth beyond depth was revealed to me the Byss and the Abyss. I saw, as one might see the transit of Venus or even the Lord Mayor's Show, a quantity passing through infinity and changing its sign from plus to minus. I saw exactly how it happened and why the tergiversation was inevitable: and how the one step involved all the others. It was like politics. But it was after dinner and I let it go! Winston Chirchill, My Early life: 874-904