CZ
STKI ELEMENTARNE
Własności
- czasy \
ycia
- ładunki (całkowite i ułamkowe wartości E)
- masy
Rodzaj
[MeV] rodzaj oddziaływania
cząstek
fotony 0 oddz. elektromagnetyczne
leptony 0 - 106 oddz. słabe, elekromagn.
Mezony 135  888
hadrony oddz. silne, słabe, elekromagn.
bariony > 938
- liczby kwantowe
1
- spin (spinor, ą h ) moment magnetyczny
2
- statystyka (bozony, fermiony)
- izospin (stany ładunków cząstek)
1
proton T3 = + Ą
+1 Ą+
2
-1 Ą -
T3 =
0 Ą0
1
neutron T3 = -
2
- liczba barionowa (A) i leptonowa (L)
A = +1 dla barionów
L = +1 dla leponów
A = L = 0 dla bozonów
- dziwność (S) (stany wzbudzone barionów stowarzyszone z mezonem K)
- hiperładunek
A S
�ł
Q = e�łT3 + + ładunek cząstek silnie oddziałujących (mezony, bariony)
�ł �ł
2 2
�ł łł
Y = A + S  hiperładunek
Y
�ł
Q = e�łT3 +
�ł �ł
2
�ł łł
- oddziaływania (silne, słabe, elektromagnetyczne)
- oddziaływania a prawa zachowania
- zachowanie: pędu, energii, momentu pędu, ładunku  zawsze spełnione
- zachowanie liczb kwantowych
HISTORIA ODKRYĆ CZ
STEK ELEMENTARNYCH
DE RUJALH (TBILISI, 1976r.)  Myślę, \
e historię fizyki wielkich energii mo\
na by
opowiedzieć naiwnie, jako historię kolejnych sukcesów lub upadków zasady, której jak dotąd
nie rozumiemy: zasady symetrii między leptonami, a hadronami. Czasami liczba leptonów
jest taka sama jak  podstawowych silnie oddziałujących fermionów, czasami jest więcej
jednych lub drugich .
Lata Leptony Hadrony Uwagi
~ 1920 e P -
~ 1932 e (p, n) odkrycie neutronu
~ 1934 (�, e) (p, n) hipoteza Pauliego o istnieniu neutrina �
gwałtowny wzrost liczby czątek (rozwój
(p, n)
� e
�ł �ł
�ł �ł
~ (1937  1960) metod akceleratorowych i badań prom.
�ł �ł
�
�ł łł Ą, K, �, Ł
kosmicznego
model Sakaty: wszystkie znane hadrony
� e p
�ł �ł �ł �ł
�ł �ł �ł �ł
mo\
na zbudować z trójki barionów: p, n,
1959
�ł �ł �ł
� n ��ł
�ł łł �ł łł
�
� e
�ł �ł u d wzrost liczby leptonów, hipoteza
�ł �ł
e
�ł �ł
�ł �ł
1962 - 64
�ł �ł
�ł� � � �ł
s
kwarków
�ł łł
�ł łł
hipoteza kwarku powabnego (c),
� e
�ł �ł u d mo\
liwość unifikacji oddz. słabych i
�ł �ł
e
�ł �ł
�ł �ł
1964 - 75
�ł �ł
�ł� � � �ł
c s
�ł łł elektromagn.
�ł łł
1974  rewolucja listopadowa
zasada symetrii leptonowo  hadronowej,
� � �� u c t
�ł �ł �ł �ł �ł �ł �ł �ł �ł �ł �ł �ł
e �
�ł �ł,�ł �ł,�ł �ł �ł �ł,�ł �ł,�ł
1976 - 80
�ł �ł �ł - �ł �ł� - �ł �łd �ł �ł �łb�ł mo\
na otrzymać zwiększoną liczbę
e � s�ł �ł
�ł łł �ł łł �ł łł �ł łł �ł łł �ł łł
leptonów i kwarków o 2
ą m
anihilacja e+e- � +�
ą ą
� l +� +�� ; lą znane leptony
1977 l
m� = 1.96 eV, t < 10-11 s, m� < 500 MeV
�
teoria unifikacji oddziaływań słabych i elektromagnet. (Salam), poszukiwanie
koniec lat 70  tych
lata 80 - te leptonu � oraz kwarków t i b; powstanie i rozwój chromodynamiki kwantowej
LEPTONY  prawdziwe cząstki elementarne
1
- fermiony o spinie
2
- obiekty punktowe bez struktury wewnętrznej
- nie uczestniczą w oddziaływaniach silnych  stanowią sondę do badań
struktury nukleonu
np. Nieelastyczne rozpraszanie leptonu na nukleonie:
�ł
e + N e + hadron oddz.e - m e�!ł N wymiana fotonu
�ł
lub
� + N � + hadronżł
ą
�
W
�ł
oddz.slabe e�!�ł N wymiana bozonu
�ł
Nukleon zło\
ony z bardziej podstawowych składników punkowych, mo\
na identyfikować je
z kwarkami.
MODEL STANDARDOWY (oparty na faktach doświadczalnych)
1. Oddziaływanie grawitacyjne nie odgrywa roli.
2. Fermiony = leptony + kwarki podstawowe składniki materii
Hadrony zło\
one są z kwarków: mezon = qq
bariony = qqq
( zwyczajna otaczająca nas materia zło\
ona jest z: kwarki u, d oraz e )
3. Oddziaływania między składnikami fundamentalnymi materii są przenoszone przez bozony
wektorowe o spinie = 1(wg teorii zunifikowanej).
Oddziaływanie e-m bozony bezmasowe, fotony ł (zasięg " )
Oddziaływanie słabe bozony pośrednie Wą, Z0; m ~ kilkadziesiąt GeV, zasięg ~ 10-2 f
4. Oddziaływanie silne między kwarkami  przenoszone jest przez bezmasowe gluony o
spinie = 1;
m ~ kilkaset MeV lub większa.
5. Własności kwarków.
Liczba
Masa
Kwark barionowa Q T T3 S Y C
[GeV/c2]
( N )
c (p ) 1/3 2/3 0 0 0 1/3 1 1.5
n ( p ) 1/3 2/3 1/2 1/2 0 1/3 0 0.1
d ( n ) 1/3 -1/3 1/2 -1/2 0 1/3 0 0.1
s (  ) 1/3 -1/3 0 0 -1 -2/3 0 0.4
t 1/3 2/3 0 0 180
b 1/3 -1/3 0 0 4.7
p = uud, n = udd, Ą = ud
CHROMODYNAMIKA KWANTOWA
(wariant teorii oddziaływań silnych w ramach modelu standardowego)
- kwarki są kolorowe; kolor  nowa zmienna dynamiczna; ka\
dy kwark występuje w 3
kolorach (np. czerwony, zielony, niebieski)
- funkcja falowa barionu jest antysymetryczna ze względu na przestawienie koloru
- leptony nie są kolorowe
- zmienna dynamiczna zapach słu\
y do rozró\
niania kwarków u, d, s (dla ka\
dego zapachu
kolor przyjmuje trzy wartości)
- oddziaływanie silne  pierwotne (między kwarkami) polega na wymianie gluonów; 8
kolorowych gluonów; (Hadrony   białe końcowa konfiguracja kwarków
niekolorowa)
- hadrony nie mogą wymieniać gluonów; oddziaływanie silne między hadronami  analogia
do sił Van der Waalsa między neutralnymi atomami.
- do rozerwania pary kwarków wymagana jest tak du\
a energia, i\
zanim to nastąpi
tworzona jest para qq ; wszelkie próby wyizolowania kwarku prowadzą do produkcji
hadronu.