Adroni e quarks. MeV e 135 MeV rispettivamente e I =1,-1,0

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Adroni e quarks. MeV e 135 MeV rispettivamente e I =1,-1,0"

Silvana Grilli
6 anni fa
Visualizzazioni

1 Adroni e quarks L'interazione forte non distingue tra neutrone e protone, essi sono quasi degeneri in massa ( MeV) Heisenberg ipotizzo' che neutrone e protone fossero due stati delle stessa particella il nucleone con un nuovo numero quantico Isospin (I) che ha la stessa struttura di uno spin ½ con I 3 =1/2 per il protone e -1/2 neutrone. (Nota: non e' un momento angolare e' una nuova e diversa proprieta' delle particelle) Questo concetto torno' utile anche per i pioni (scoperti nel 1947), che vennero interpretati come i tre stati di un tripletto di isospin: π + π - π 0, m~140 m MeV e 135 MeV rispettivamente e I =1,-1,0 3 la scoperta di numerose altre particelle organizzate in multipletti (quasi degeneri in massa), fece ipotizzare che protone neutrone pioni ecc ecc non fossero elementari ma fossero costituite da particelle fermioniche elementari di spin 1/2: quarks, Static quark model

numero quantico di sapore o flavor ), ma per spiegare tutte le particelle conosciute (agli inizi degli anni 60') ne serviva un

2 Particelle soggette ad interazione forte Barioni: formati da tre quark (antibarioni tre antiquark) Mesoni: formati da coppia di quark e antiquark Per la composizione di nucleoni e pioni ad ex bastano due quark : up (carica 2/3) e down (-1/3) (up e down e' il numero quantico di sapore o flavor ), ma per spiegare tutte le particelle conosciute (agli inizi degli anni 60') ne serviva un altro di flavor, il quark strano s (carica -1/3). Altri 3 sapori sono stati scoperti mediante i grossi acceleratori charm, top, bottom.

3 La catalogazione di particelle in multipletti del gruppo di simmetria di sapore SU(3) (remind: SU(2) momento angolare) e' alla base della spettroscopia adronica (stati legati dell'interazione forte) ci dice anche qualcosa dell'interazione: La risonanza Δ ++ : carica elettrica 2, spin 3/2 quindi fermione, composizione: uuu(s z: +++), massa ~1.2 GeV, il principio di esclusione di Pauli richiede una funzione d'onda antisimmetrica per un fermione. Esiste un altro numero quantico associato ai quarks: il colore (Red, Green, Blue) in modo che la funzione d'onda sia antisimmetrica: ε ijk q i q j q (con k q=rgb) Il colore e' la carica associata all'interazione forte (come la carica elettrica all'intereazione EM)

4 Struttura interna degli adroni: deep inelastic scattering...un salto nella fisica delle alte energie...come per i nuclei, per indagare la struttura interna dei nucleoni li si fanno scatterare con particelle sonda, ad ex. Elettroni: urti elastici a basse energie urti anelastici ad alte energie, i fattori di forma contengono le informazioni sulla struttura interna. Scamabio di fotone Struttura interna del protone

5 p p' θ Trascurando la massa dell'elettrone Se l'urto e' elastico E ed E' sono legati dalla relazione (see Compton effect, qui il rinculo del bersaglio non e' trascurato come nel caso di urti su nuclei) Formula di Rosenbluth per la sezione d'urto elastica Sez. urto Rutherford: no rinculo e struttura interna protone, no spin per elettrone e protone Correzioni dovute allo spin e fattori di forma F ed F 1 che 2 descrivono la distribuzione di carica elettrica e momento di dipolo magnetico nel protone

6 Fit dei dati con fattori di forma dipolari: electric charge radius 0.87 fm per il protone, quindi ha un finite size che si riscontra nella dipendenza da Q dei fattori di forma elastici al crescere dell'energia gli urti diventano anelastici e E ed E' sono indipendenti, cosi come Q e ν, si introducono le funzioni di struttura W 1 e W 2 Poiche' E'=E-Q 2 /2M-ε ε (ε>0)

7 Nella regione fortemente anelastica Bjorken dimostro' (e arrivo' poi la conferma sperimentale ) che le funzioni di struttura non dipendono da grandezze fisiche dimensionali ma solo dal rapporto x=q 2 /2Mυ, legge di scala di Bjorken l'assenza di una scala fisica che regola la sezione d'urto nella regione deep inelastic implica che l'urto in realta' avviene, elasticamente, con particelle puntiformi (size nullo) partoni e quindi fondamentali, si dimostro' inoltre che queste particelle dovevano avere spin ½ carica frazionaria... ecc ecc, Dynamic Quark Model Indipendente da Q 2 Urto elastico con un partone di massa m-> Q 2 /2mυ=1 x=m/m quindi x rappresenta la frazione di massa del nucleone portata dal partone con cui la particella sonda interagisce

ad oggi abbiamo una teoria per l'interazione tra quarks Quantum Chromodynamics (QCD): quarks interagiscono mediante lo scambio di particelle vettoriali (come i fotoni nell'em) chiamate gluoni Tra le

quindi i mesoni sono una sovrapposizione di colore- anticolore e i barioni avendo tre quark sono white per la combinazione di RGB.

8 ad oggi abbiamo una teoria per l'interazione tra quarks Quantum Chromodynamics (QCD): quarks interagiscono mediante lo scambio di particelle vettoriali (come i fotoni nell'em) chiamate gluoni Tra le altre due proprieta' della QCD sono particolarmente rilevanti: 1) Confinamento: : non esistono quark o gluoni liberi, tutte le particelle che vediamo sono neutre di colore (singoletto di colore) quindi i mesoni sono una sovrapposizione di colore- anticolore e i barioni avendo tre quark sono white per la combinazione di RGB. 2) Liberta' asintotica: : l'interazione forte tende a zero al tendere a zero della distanza tra le due particelle interagenti. Potenziale quark-antiquark V ~ Kr, quindi esplode al crescere della distanza, quando si separano si formano delle coppieq/antiq dal vuoto di QCD che danno vita ai jets adronici

9 6 quarks (con masse molto diverse ) sono insieme ai gluoni i costituenti di tutte le particelle soggette all'interazione forte. L'interazione tra nucleoni nel nucleo o in generale tra adroni rappresenta l'interazione residua dell'interazione fondamentale di QCD (come le forze molecolari sono forze residue dovute all'interazione EM fondamentale) Interazione forte conserva il flavor, carica elettrica e numero barionico (barioni 1, antibarioni -1) I quarks interagiscono mediante tutte e quattro le forze fondamentali

10 Pion nucleon scattering

Documenti analoghi

Fermione. Particella a spin semintero, che obbedisce alla statistica di Fermi-Dirac.

Particelle ed Interazioni fondamentali Fermione. Particella a spin semintero, che obbedisce alla statistica di Fermi-Dirac. Bosone. Particella a spin intero, che obbedisce alla statistica di Bose-Einstein.