Cursus deeltjesfysica

Cursus deeltjesfysica
Bijeenkomst 4 (17 april 2014)
NiNa achtergrond
prof Stan Bentvelsen en prof Jo van den Brand Nikhef -­‐ Science Park 105 -­‐ 1098 XG Amsterdam [email protected] -­‐ [email protected]
ITS academy -­‐ 17 april 2014 -­‐
1
NiNa module -­‐ inhoudsopgave
• De allerkleinste deeltjes . –
–
–
–
1.1 Kleine deeltjes, grote vragen 1.2 De ontdekking van nieuwe deeltjes in kosmische straling 1.3 Zonnewind en andere kosmische straling 1.4 Welke deeltjes zijn er? • Processen met deeltjes –
–
–
–
–
–
–
2.1 Inleiding . 2.2 Wat behoudswetten doen 2.3 Paarvorming in airshowers 2.4 Massa, energie en impuls 2.5 Nog meer behoudswetten 2.6 Kracht als uitwisseling van virtuele fotonen 2.7 Verdieping: De `kleurlading’ van quarks . • Extra: Standaardmodel – 3.1 Wat is het standaardmodel? – 3.2 Paarvorming volgens het standaardmodel – 3.3 De zwakke kernkracht • Deeltjes gebruiken, maken en waarnemen – 4.1 Kernreacties – 4.2 Onderzoek naar elementaire deeltjes – 4.3 Detectie • Diagnostische toets
ITS academy -­‐ 17 april 2014 -­‐
2
Voorkennis
ITS academy -­‐ 17 april 2014 -­‐
3
Opdracht
ITS academy -­‐ 17 april 2014 -­‐
4
Intro: Standaard Model
• Deeltjes fysica: – elementaire deeltjes – krachten (wisselwerkingen) tussen de deeltjes !
Kennis samengevat in Standaard Model van elementaire deeltjes
!
• Elementaire deeltjes – deeltjes zonder (meetbare) ‚uitgebreidheid’ (<10-­‐18 m)
Standaard Model van elementaire deeltjes
5
Elementaire deeltjes Waarom 3 families?
Zijn er meer?
Alleen de deeltjes van de eerste familie zijn stabiel
1e familie
Quarks
Quarks
Leptonen
Leptonen
3e familie
2e familie
~2 MeV/c2
2/3
~5 MeV/c2
-1/3
~0 MeV/c2
0,5 MeV/c2
Standaard Model van elementaire deeltjes
1,3 GeV/c2
173 GeV/c2
0,1 GeV/c2
4,5 GeV/c2
0
~0 GeV/c2
~0 GeV/c2
-1
0,1 GeV/c2
1,7 GeV/c2
2/3
-1/3
0
-1
6
Elementaire deeltjes
• Neutrino – massa niet bekend, wel erg klein – fundamentele neutrino’s: • Anti-­‐materie – Elk deeltje wordt beschreven door de Dirac vergelijking – Elk deeltje heeft corresponderend anti-­‐deeltje, met zelfde massa maar tegengestelde lading
Standaard Model van elementaire deeltjes
7
Fundamentele krachten
Standaard Model van elementaire deeltjes
8
Fundamentele krachten
Quantum velden theorie
Photon (m=0)
W-­‐ & Z boson (m=80, 91 GeV)
Gluon (m=0)
Glashow -­‐ Weinberg -­‐ Salam Electro Weak theory (1967)
Quantum Electro Dynamics
Standaard Model van elementaire deeltjes
Quantum Chromo Dynamics
9
Elementaire krachten
• Klassiek – Beschrijving potentiaal: actie-­‐op-­‐afstand •geen relativistische beschrijving van interacties • Quantum velden theorie – Interacties beschreven als uitwisseling van quanta •voldoen aan relativiteitstheorie !
!
!
!
Tijd loopt van links naar rechts
Twee diagrammen met verschillende tijdsvolgorde
!
•quantum bij uitwisseling is ‚ijk-­‐boson’ (foton voor QED)
Standaard Model van elementaire deeltjes
10