Quarks sono fermioni di spin ½ e quindi esistono gli antiquarks. Struttura ripetuta di 3 particelle : u d s

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2 Quarks sono fermioni di spin ½ e quindi esistono gli antiquarks Struttura ripetuta di 3 particelle : u d s

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5 con 3 quarks ½, 3/2 ++ Viola il principio di Pauli numero quantico colore (il principio di Pauli vale) Si deduce che per avere mesoni e barioni con le proprieta osservate : La carica elettrica di ciascun quark e frazionaria I quark hanno spin ½ (con due quarks si fa J=0 e 1)

6 Momenti magnetici Non vale i principio di Pauli

7 Questi sono i barioni di cui si puo studiare il momento magnetico

8 La massa dei quarks non puo essere determinata direttamente. L energia di legame nei quarks e grande e la massa a riposo puo essere molto maggiore della massa del nucleone La massa dei quarks a riposo non e nota e non e nota neppure l interazione quark-quark La dinamica e data in termini di una massa effettiva che i quarks hanno quando sono legati

9 Il colore rappresenta la carica adronica. E la sorgente dell interaziona adronica che e trasmessa con 8 campi bosonici chiamati gluoni. Le particelle osservate sono sempre in uno stato incolore si deduce che i colori sono 3 Si deduce che ci sono 3 colori anche dal processo e + e - γ q+q

10 Modello a quark dinamico Per studiare le proprieta statiche degli adroni si utilizzano le collisioni elastiche Per studiare la struttura dinamica ed eventualmente frammentarlo occorre studiare le collisioni inelastiche in cui si trasferisce sia impulso che energia. La struttura dinamica si puo studiare sia con fasci di elettrone che fasci di muoni (interazione elettromagnatica) che con fasci di neutrini (interazione debole). I bersagli sono H, D o nuclei piu pesanti.

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13 Indipendente da Q 2 Si ha diffusione da oggetti puntiformi

14 Dalle misure di collisioni profondamente inelastiche di elettroni e di neutrini Si deduce che: Nei nucleoni ci sono 3 oggetti puntiformi hanno spin ½ hanno carica 2/3 e -1/3 Dalle misure si deduce che 50% della quantita di moto e data dai quarks e 50% dai gluoni

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16 Reazioni e decadimenti nel modello a quarks L osservazione sperimentale ha portato alle seguenti regole: L interazione forte causa i seguenti processi: Un riarrangiamento dei quarks senza cambiare sapore Si puo avere l annichilazione di una coppia quark-antiquark in gluone il quale poi produce un altra coppia quark anti-quark di diverso sapore L interazione di una coppia quark-antiquarks puo produrre coppie quark-antiquarks di diverso sapore Regola di Zweig : il processo qq gluone q q q e soppresso rispetto a qq qqq q q Esempio : Decadimento della Φ π + π 0 π - (ha a disposizione 600 MeV) Φ K + K - (33 MeV a disposizione ma e favorito in quanto si hanno nello stato finale i quarks s) 15% 85%

17 Interazione debole tra i quarks Puo cambiare il sapore dei quarks Esempio : decadimento beta W - W + G = d u + W - W - e + ν G = 1.14 * si possono avere interazioni che cambiano sapore e non cambiano la stranezza o che la cambiano Esempio 1 : decadimenti semileptonici dei mesoni, simili al decadimeto beta) d u + W + s u + W +

18 Esempio 2 : Decadimenti leptonici dei mesoni d u u +W + e W + µ + + ν s u + W + e W + µ + + ν

19 Si e dunque osservato che : G d -1/3 2/3 1/3 u d + W + d u + W - G s -1/3 u s + W + s u + W - -2/3 1/3 Sia dai decadimenti semileptonici che quelli leptonici si ha che:

20 Interazione elettromagnetica I quark-antiquarks formano coppie di leptoni (elettroni-positroni o muoni ect..) Il processo e proporzionale alla carica dei quark ed e analogo allo scattering di Rutherford di leptoni su quarks 9 : 1: 2 sperimentalmente 10:1: 1.5

21 Interazione tra quarks

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28 La quantita di moto della coppia quark-antiquarks Si conserva anche se i quarks nella loro interazione producono uno shower di Adroni In alcuni casi ci sono 3 jets. I quarks irraggiano Gluoni e formano il proprio Jet. L angolo tra i Jet di gluoni e quarks e consistente con spin = 1 per i gluoni