Vektorbosonen - Uni Bielefeld
Werbung
Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Vektorbosonen Ulrich Bengs 05.06.2013 1 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Übersicht 1 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Geschichte Elektroschwache Vereinigung 2 Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Stochastische Kühlung Detektor UA1 Ergebnisse 2 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Geschichte Elektroschwache Vereinigung Geschichte 1896: Entdeckung der Radioaktivität 1933: Erste Theorie durch Fermi 1938: Oskar Klein: Austauschteilchen 1956/57: Paritätsverletzung 1958: V − A-Theorie 1967: Elektroschwache Vereinigung 3 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Geschichte Elektroschwache Vereinigung Nobelpreis 1979 Abbildung: S. L. Glashow, A. Salam, S. Weinberg ”...for their contributions to the theory of the unified weak and electromagnetic interaction between elementary particles, including, inter alia, the prediction of the weak neutral current." 4 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Geschichte Elektroschwache Vereinigung Elektroschwache Vereinigung Vermittlung der WW durch W ± Reichweite 10−3 fm ⇒ mW c 2 ≈ ~c R ≈ 100GeV Außerdem: Austausch neutraler Ströme durch Z 0 Feynmangraphen von Z 0 und γ sehen gleich aus → Zusammenhang? 5 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Geschichte Elektroschwache Vereinigung Elektroschwache Vereinigung Zuordnung neuer Quantenzahlen T ,Tz und g T = 1 für |W 0 i, Tz = 0 |W + i >, Tz = +1 |W − i , Tz = −1 T = 0 für |B 0 i mit Tz = 0 6 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Geschichte Elektroschwache Vereinigung Betrachte |γi und |Z 0 i als untersch. Linearkomb. von |W 0 i und |B 0 i! i g |B 0 i + g 0 |W 0 i h i |Z 0 i =A −g 0 |B 0 i + g |W 0 i |γ i =A h oder als Matrix |γ i cos θW = − sin θW |Z 0 i sin θW cos θW |B 0 i |W 0 i und 1 A = (g 2 + g 02 )− 2 , e = g sin θW , tan θW = g0 ≈ 0.55 g 7 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Stochastische Kühlung Detektor UA1 Ergebnisse Wie beobachtet man die Austauschteilchen? nicht direkt sichtbar im β-Zerfall, virtuelle Teilchen Lebensdauer ∆t ≈ 10−26 s → Teilchenbeschleuniger am einfachsten: e + e − -Kollision Problem: LEP existierte damals noch nicht Alternative: p p̄-Kollision wie stellt man energiescharfe Antiprotonen her? 8 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Stochastische Kühlung Detektor UA1 Ergebnisse Stochastische Kühlung [1] 9 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Stochastische Kühlung Detektor UA1 Ergebnisse UA1 [2] 10 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Stochastische Kühlung Detektor UA1 Ergebnisse UA1 6.8m lang, 2.3m Durchmesser gefüllt mit Argon-Ethan-Gasgemisch Magnetfeld liegt an Kalorimeter speziell für Elektronen und Photonen gefolgt von Kalorimetern für Hadronen 11 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Stochastische Kühlung Detektor UA1 Ergebnisse UA1 [3] 12 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Stochastische Kühlung Detektor UA1 Ergebnisse SPS [5] 13 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Stochastische Kühlung Detektor UA1 Ergebnisse W -Detektion einfachster Zerfallskanal: p + p̄ → W + + X , W + → e + νe Neutrino Detektion sehr unwahrscheinlich Positron mit Transversalimpuls messbar → Gegenstück wegen Impulserhaltung nötig! Transversalimpuls ist höchstens 12 mW + c MW ± = 80.9 ± 1.5GeV /c 2 14 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Stochastische Kühlung Detektor UA1 Ergebnisse 15 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Stochastische Kühlung Detektor UA1 Ergebnisse [4] 16 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Stochastische Kühlung Detektor UA1 Ergebnisse Z 0-Detektion Suche nach p + p̄ → Z 0 + X , Z 0 → e + e − oder µ− µ+ tritt sehr selten auf für me − e + : mZ 0 = 95.6 ± 1.4GeV /c 2 17 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Stochastische Kühlung Detektor UA1 Ergebnisse [4] 18 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen [4] Stochastische Kühlung Detektor UA1 Ergebnisse 19 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Stochastische Kühlung Detektor UA1 Ergebnisse Nobelpreis 1984 Abbildung: Carlo Rubbia, Simon van der Meer ”...for their decisive contributions to the large project, which led to the discovery of the field particles W and Z, communicators of weak interaction" 20 / 21 Theorie der Schwachen Wechselwirkung Experimenteller Nachweis der Vektorbosonen Stochastische Kühlung Detektor UA1 Ergebnisse Quellen [1 ] http://home.web.cern.ch/about/engineering/stochastic-cooling [2 ] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:UA1.jpg [3 ] http://www.particlephysics.ac.uk/news/picture-of-the-week/ picture-archive/the-first-z-particle.html [4 ] http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/ 1984/rubbia-lecture.pdf [5 ] http://home.web.cern.ch/about/accelerators/ super-proton-synchrotron http://www.physik.uni-bielefeld.de/~yorks/pro13/v12.pdf http://home.web.cern.ch/about/engineering/stochastic-cooling http://home.web.cern.ch/about/experiments/ua1 21 / 21
