Cesta do mikrosvěta

Cesta do mikrosvěta
Martin Rybář
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
w







+
w

_
p



e








n

J/















Jak studujeme mikrosvět?
?!?
Jak studujeme mikrosvět?
?!?
E=m.c
2
Jak studujeme mikrosvět?
?!?
Počátky Standardního modelu (SM)
1895, Becquerel, Curie: objev radioaktivity
1897,Thomson: objev elektronu v katodovém
záření.
1911 Rutherford použil alpha částice ke
studiu struktury atomu.
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
Předpovězení neutrina
1930: Pauli předpovídá existenci nové
neutrální částice – neutrina.
Experimentální potvrzení až 19531956: F. Reines (N.p 1995), W. Cowan:
Nová teorie rozpadu neutronu
Produkty nemusí existovat v počátečním
stavu!
p
n
e

νe
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
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?“
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
Podivnost
Záhada vyřešena zavedením nového kvantového čísla
Gell-Mann: podivnost
Na urychlovačích objeveno velké množství nových částic
Existuje nějaká vnitřní symetrie?
Analogie: Periodicky se opakující chemické vlastnosti prvků
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?
Detekce částice Ω (1964)
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?
Nositelé síly!
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
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
Gravitace
Elektromagnetizmus
Slabá interakce
Rozpady částic
Jaderná fůze
W a Z bosony objeveny 1973
v CERNu
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~175000 MeV
Proton: 5 MeV+5 MeV+ 10 MeV != 1000MeV ?!??!?
Hmota protonu
Hmotu hadronů tvoří převážně gluony!
Je náš model kompletní?
Kvarky u, d, s, c, b, t
Leptony e, μ, τ + neutrina
Objevil by výkonnější urychlovač
další rodiny fermionu?
Existuje více rodin fermionů?
Z měření rozpadové šířky Z bosonu ne!
Původ hmoty
28
4. 7. 2012, CERN
Problémy standardního modelu

Problém hierarchie

Neutrina

temná hmota,...

Řešením je fyzika za
standardní model:
→ SUSY
→ Composite Higgs model
→ Technicolor
+ mnoho dalších
nedovysvětlených jevů
To be continued....