Deeltjes en velden. HOVO Cursus. Jo van den Brand 31 oktober

Vergelijkbare documenten
Elementaire Deeltjesfysica

Gravitatie en kosmologie

Elementaire Deeltjesfysica

Deeltjes en velden. HOVO Cursus. Jo van den Brand 26 september

Thermodynamica rol in de moderne fysica Jo van den Brand HOVO: 27 november 2014

Deeltjes en velden. HOVO Cursus. Jo van den Brand 7 november

Elementaire Deeltjesfysica

Elementaire Deeltjesfysica

Deeltjes en velden. HOVO Cursus. Jo van den Brand 3 oktober

Symmetrie en behoudswetten spelen een belangrijke rol in de beschrijving en het begrip van

Deeltjes en velden. HOVO Cursus. Jo van den Brand 10 oktober

Elementaire Deeltjesfysica

Deeltjes en velden. HOVO Cursus. Jo van den Brand 17 oktober

Symmetrie en behoudswetten spelen een belangrijke rol in de beschrijving en het begrip van interacties tussen elementaire deeltjes.

Materie bouwstenen van het heelal FEW 2009

6 SYMMETRIEBREKING 222

Symmetrieën. 7 april prof Stan Bentvelsen en prof Jo van den Brand Nikhef Science Park XG Amsterdam

Het Standaardmodel. HOVO college Teylers 20 maart 2012 K.J.F.Gaemers

In de hoge-energiefysica werken we met deeltjes die hoge snelheden bezitten, soms zeer dicht bij de

Neutrino s and astronomie. Maarten de Jong HOVO, Leiden 2010

Kernenergie. FEW Cursus. Jo van den Brand 30 Maart 2010

Neutrino s and astronomie. Maarten de Jong HOVO 2014

Wetenschappelijke Nascholing Deel 2: Spookdeeltjes: de mysterieuze neutrino s

Higgs en de Kosmos Niels Tuning (Nikhef) 31 oktober 2013

Citation for published version (APA): Vos, K. K. (2016). Symmetry violation in weak decays [Groningen]: University of Groningen

Majorana Neutrino s en Donkere Materie

vorige First Encounter

Higgs en de Kosmos Niels Tuning (Nikhef) Hoorn, 15 april 2014

Vorig college: Geladen leptonen: e, μ, τ Neutrino s Pionen, vreemde deeltjes Hadronen: mesonen en baryonen Quarks: u, d, s Zware quarks: c, b, t

In Pursuit of Lepton Flavour Violation. A search for the τ -> μγγ decay with ATLAS at s = 8 TeV. I. Angelozzi

H2: Het standaardmodel

Elementaire Deeltjesfysica

Deel 1: in het Standaard Model bestaan er 3 generaties (flavours) neutrino s. dit werd met grote precisie bevestigd door de metingen bij de LEP

Sterren kijken op de bodem van de zee Aart Heijboer

Quantummechanica en Relativiteitsleer bij kosmische straling

Kwantummechanica HOVO cursus. Jo van den Brand Lecture 2: September 29, 2016

(a) Noem twee eigenschappen die quarks en leptonen met elkaar gemeen hebben.

Gravitatie en kosmologie

Schoolexamen Moderne Natuurkunde

De ontdekking van het Higgs boson. Ivo van Vulpen

LHCb Wat doen wij? Niels Tuning voor ET - 8 januari 2013

Vorig college: Wat is subatomaire fysica Rela5e tussen energie, afstand, temperatuur

Schoolexamen Moderne Natuurkunde

De wisselwerkingen tussen elementaire deeltjes worden experimenteel bestudeerd aan de hand van botsingen tussen deeltjes of het verval van deeltjes.

Samenvatting PMN. Golf en deeltje.

Deeltjes en velden. de fysica van het allerkleinste. door. Prof.dr Johannes F.J. van den Brand dr. Gideon Koekoek

Kernenergie. FEW cursus: Uitdagingen. Jo van den Brand 6 december 2010

Deeltjesfysica in vogelvlucht. Frank Filthaut Radboud Universiteit Nijmegen / Nikhef

Antares: een telescoop op de bodem van de zee Aart Heijboer. April 2010, astra alteria, Putten

(a) Noem twee eigenschappen die quarks en leptonen met elkaar gemeen hebben.

De bouwstenen van het heelal Aart Heijboer

Gravitatie en kosmologie

Kwantummechanica HOVO cursus. Jo van den Brand Lecture 4: 13 oktober 2016

Kosmische straling: airshowers. J.W. van Holten NIKHEF, Amsterdam

Van atoom tot kosmos

Elementaire deeltjes 2 College 8 Maandag 23 maart 2009

Schoolexamen Moderne Natuurkunde

CERN, de LHC en Het Heelal. Aart Heijboer (CERN)

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.

Schoolexamen Moderne Natuurkunde

Jo van den Brand 10 oktober 2013

Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de natuur

Onder constituenten verstaat men de fundamentele fermionen: de quarks in het versnelde proton of anti-proton, t of de versnelde elektronen of

VERENIGDE DEELTJESINTERACTIES

Bachelor research project (BONZ) in Subatomic Physics

KERNEN & DEELTJES VWO

Samenvatting. (Summary in Dutch)

De magische wereld van het allerkleinste - gedeelde dromen & innovatie -

Thermodynamica rol in de moderne fysica Jo van den Brand HOVO: 4 december 2014

Speciale relativiteitstheorie

Wereld van het allergrootste

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 27 november 2003 van 09:00 12:00 uur

Elementaire Deeltjes Fysica

Waarneming van een nieuw deeltje met massa 125 GeV

Relativistische kinematica

Het experimenteel bepalen van een massalimiet voor neutralino s

Gemeten pieken aan Kosmische straling. Steven Asselman V6c Zaanlands Lyceum 2010

Neutrino s. De meest ongrijpbare deeltjes uit de natuur gedecteerd!

Symmetie en Symmetrie. in het Standaard Model

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 9 januari 2008 van 9:00 12:00 uur

Het mysterie van massa massa, ruimte en tijd

De deeltjes die bestudeerd worden hebben relativistische snelheden, vaak zeer dicht bij de lichtsnelheid c. De interacties tussen deeltjes grijpen

De zoektocht naar het Higgs boson. Ivo van Vulpen

EEN ONTDEKKINGSREIS NAAR HET ALLERKLEINSTE EN ALLERGROOTSTE

Relativistische quantummechanica

HiSPARC High-School Project on Astrophysics Research with Cosmics. Interactie van kosmische straling en aardatmosfeer

Wetenschappelijke Nascholing Deel 1: Van de alchemisten tot het Higgs-deeltje

Week-end van de wetenschap, Groningen, 6 oktober 2013 Ivo van Vulpen

Gravitatie en kosmologie

De large hadron collider: Hoe zien de eerste botsingen eruit? Ivo van Vulpen

CP schending in B-meson verval

28 augustus 2012, Introductiecollege 1e jaars studenten UvA. Het Higgs boson. Ivo van Vulpen (UvA/Nikhef)

Nikhef Workshop. 3de-jaars bachelor NIKHEF/UvA. docenten: Dr. Ivo van Vulpen Dr. Auke-Pieter Colijn

Deeltjes in Airshowers. N.G. Schultheiss

In hoofdstuk V werden de verschillende soorten interacties besproken die relevant zijn voor

Tentamen Quantum Mechanica 2

Sterrenkunde Ruimte en tijd (6)

IceCube. neutrino s vangen uit de ruimte. Catherine De Clercq Vrije Universiteit Brussel, IIHE(ULB-VUB) URANIA, 4 december 2007

Kwantummechanica HOVO cursus. Jo van den Brand Lecture 3: 6 oktober 2016

Een deels bestaande PowerPointpresentatie voor de cursus in de aandacht gebracht cq bewerkt door:

Transcriptie:

Deeltjes en velden HOVO Cursus Jo van den Brand 31 oktober 2013 jo@nikhef.nl

Docent informatie Overzicht Jo van den Brand & Gideon Koekoek Email: jo@nikhef.nl en gkoekoek@gmail.com 0620 539 484 / 020 592 2000 Rooster informatie Donderdag 10:00 13:00, HG 08A-05 (totaal 10 keer) Collegevrije week: 24 oktober 2013 Boek en website David Griffiths, Introduction to Elementary Particles, Wiley and Sons, ISBN 978-3-527-40601-2 (2008) Zie website URL: www.nikhef.nl/~jo Beoordeling Huiswerkopgaven 20%, tentamen 80%

Inhoud Inleiding Deeltjes Interacties Relativistische kinematica Speciale relativiteitstheorie Viervectoren Energie en impuls Quantumfysica Formalisme Spin van deeltjes Structuur van hadronen Symmetrieën Behoudwetten, quarkmodel Symmetriebreking Veldentheorie Lagrange formalisme Feynman regels Quantumelektrodynamica Diracvergelijking Quarks en hadronen Quantumchromodynamica Elektrozwakke wisselwerking Higgs formalisme

Resume quantummechanica Symmetrieën Systeem wordt beschreven door een golffunctie, Fysische observabele correspondeert met hermitische operator, O Verwachtingswaarden worden gegeven door eigenwaarden Tijdsafhankelijkheid wordt gegeven door de Schrödingervergelijking < O > bewegingsconstante, als [H,O] = 0

Symmetrieën Symmetrie transformatie U tijdsonafhankelijk Unitair Commuteert met H Invullen in SV Continue transformatie met generator G Er geldt G hermitisch observabele Symmetrie behoudswet

Behoud van impuls Translatie van golffunctie van een deeltje impulsoperator p x is behouden Algemeen translatieoperator

Behoud van lading Verval van elektron: t > 4.6 10 26 jaar Lading is veelvoud van e Additief quantumgetal Ladingsbehoud corresponderende symmetrie? Golffunctie van deeltje met lading q Ladingsoperator Q Bijbehorende symmetrie Ijktransformaties en ijkinvariantie Globaal want e = constant

Lokale ijksymmetrieën Lading is in elk ruimtetijd punt behouden lokale symmetrie Unitaire groep U(1) Schrödingervergelijking niet invariant, want vrij deeltje Voer nieuw dynamische veld in en laat deeltje hiermee wisselwerken Minimale substitutie Najaar 2004 Jo van den Brand 8

Behoud van baryongetal Proton is ook stabiel t > 2.1 10 29 jaar Baryongetal B = 1 voor p en n quarks B = 1/3 antiquarks B = -1/3 Leptonen, mesonen hebben B = 0

Behoud van leptongetal Observatie: verval treedt in paren op: e + e -, m + m -, t + t - Voer leptongetallen in L e, L m, L t spin neutrino: 1/2 Verschil tussen neutrino s en antineutrino s?

Cowan en Reines: detectie neutrino Basisidee van experiment Gebruik antineutrino s Kernreactor als bron (700 MW) Detector: 200 liter water + CdCl 2 Vloeistofscintillatoren (3-1400 liter elk) Resultaat:

Davis: detectie neutrino Bij dezelfde reactor gemeten: reactie verloopt niet! Neutrino s van de zon induceren de reactie: Neutrino s en antineutrino s zijn verschillende deeltjes Echter: flux factor 2 3 te laag! Opgelost: neutrino oscillaties! Neutrino s hebben massa!!!

Neutrino s van de zon Specifiek energiespectrum van neutrino s Drempelenergie verschilt per detectiemedium Eerste experimenten gebruikten Ray Davis, Homestake, South Dakota Cl( -, )Ar e e

Superkamiokande

SN1987A

Superkamiokande Detection of neutrino s from SN1987A Spectrum in agreement with supernova models Limit on mass of neutrino

Detect low energy (< 1 MeV) neutrino s from decay of 7 Be Borexino in Gran Sasso Check MSW effect: neutrino oscillations are affected by matter due to the presence of electrons

Fire muon neutrino s from SPS at CERN to OPERA in Gran Sasso Detect appearance of tau neutrino s - May 31, 2010 - June 6, 2012 - March 26, 2013 Emulsion in lead sheets and scintillator trigger planes Neutrino s travel faster than speed of light - Fiber optic cable problem - Incorrect clock - Claim withdrawn in July 2012 OPERA in Gran Sasso

Heavy water 1000 tons Sudbury Neutrino Observatory Electron-neutrino converts neutron into proton and electron. Cherenkov radiation from electron is detected All neutrino species can break-up the deuterium nucleus. The neutron is captured forming tritium and a 6 MeV gamma

Solar neutrino problem Early (Cl) experiments (1968) showed that the sun did not produce enough neutrino s (by about a factor 3). SNU units are used Kamiokande (water; designed for proton decay) sees relatively more neutrino s than the Cl detectors. Problems with expected energy distribution? Gallium data accounted for by pep and hep SNO electron neutrino s account for one third of events SNO is sensitive to all neutrino flavors (through NC interactions) and with all neutrino s in agreement with solar model Neutrino s oscillate! (thus have mass)

Kosmische neutrino s Antares en KM3NET

Kosmische neutrino s Amanda en Icecube

Zware neutrino s Pion verval Antideeltjes hebben dezelfde levensduur en B.R. Reacties B.R. < 10-12 treedt niet op

Spiegeling in de ruimte en pariteit Unitaire pariteitsoperatie Andere quantumgetallen, Q, B, blijven gelijk Indien spiegelinvariant Gezamenlijke eigentoestanden Vb. waterstofatoom potentiaal sferisch symmetrisch Pariteit golffuncties niet-ontaarde systemen Najaar 2004 Jo van den Brand 24

Pariteitschending in b-verval C.S. Wu et al. (1957) Gepolariseerde kern 60 C Detecteer p e Pseudoscalaire grootheid < p e J > Najaar 2004 DJ=1: e - e DJ=1: e - e

Pariteitschending in b-verval C.S. Wu et al. 0.05 T extern veld 100 T intern veld Adiabatische demagnetisatie: 10 mk

Heliciteit van leptonen C.S. Wu A = < p e J > Goldhaber, Grodzins en Sunyar h = < p e s > 1958: heliciteit neutrino 152 Eu + e - 152 Sm* + e 152 Sm* 152 Sm + g Resultaat: < h e = -1.0 0.3 > Najaar 2004 Jo van den Brand 27

Pionverval: heliciteitsonderdrukking Waarneming: Incorrect: Correctiefactor: Conclusie: Najaar 2004 Jo van den Brand 28

Sterke wisselwerking: behoud van pariteit pp verstrooiing T p = 50 MeV Longitudinale p polarisatie PSI PSI Resultaat:

Intrinsieke pariteit (eigenpariteit) We kennen intrinsieke pariteit toe aan deeltjes, P N = +1 Gebruik behoud van pariteit in sterke wisselwerking om P p te bepalen Reactie: Neem aan: Selecteer pionvangst 2S+1 L J P p = -1 Jo van den Brand 30