Paritássértés

Almási Gábor

Kísérleti Mag- és Részecske�zikai szeminárium2012. november 5.

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

Témakörök

Szimmetriák

P sértés kísérletei

CP sértés kísérletei

Záró gondolatok

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

Folytonos szimmetriák

szimmetria: adott transzformációra való invariancia

csoportot alkotnak: csoportelmélet fontos

egyszer¶ elvek ⇒ mély következtetések

"szép", "miért ne lenne valami szimmetrikus?"

szimmetriák ⇒ megmaradó mennyiségek

folytonos szimmetriák:

id®eltolás energiaeltolás impulzusforgatás impulzusmomentumboost tömegközéppontfázistrf. töltések

relativisztikus térelméletek szimmetriacsoportja: Poincaré csoport

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

Diszkrét szimmetriák

diszkrét szimmetriák (tükrözések):

név energia impulzus spin helicitás töltésC -1P -1 -1T -1 -1CP -1 -1 -1CT -1 -1 -1PT -1 -1CPT -1 -1 -1

C 2 = P2 = T 2 = (CP)2 = (CT )2 = (PT )2 = (CPT )2 = 1P szimmetria: axiálvektor nem tünteti ki vektor irányát ésfordítvarészecskéknek határozott bels® paritása van (±1)szimmetriák ellen®rzése: tükrözött kísérlet elvégzéseCPT minden relativisztikus térelméletnek szimmetriája

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

A tau-theta rejtély

ismert ritka bomlás: θ+ ⇒ π+ + π0

ismert ritka bomlás: τ+ ⇒ π+ + π+ + π−

θ+ és τ+ tömege azonosnak adódott

θ+ paritása:

spinek zérusok

imp. mom. megmaradás ⇒π+π0

pálya-impulzusmomentumaL = 0

végállapot paritása Pθ =(−1) ∗ (−1) ∗ (−1)L = 1

τ+ paritása:

spinek zérusok

imp. mom. megmaradás ⇒π+π+

pálya-impulzusmomentumamegegyezik a (π+π+)π0

pálya-impulzusmomentummal

végállapot paritásaPτ = (−1) ∗ (−1) ∗ (−1) ∗(−1)L ∗ (−1)L = −1

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

P sértés?

1956 Lee & Young:paritásmegmaradáskísérletileg?

különbség "bal" és "jobb"között?

τ és θ ugyanaz (ma K+)?

gyenge kölcsönhatásrólnincs információ

kísérleteket javasoltak akérdés tisztázásához

els® kísérlet: MadameChien-Shiung Wu, 1956

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

Wu kísérlet elve

60Co ⇒60 Ni + e− + νe

JP : 5+ ⇒ 4+

60Ni kibocsát ezután kétfotont

P szimmetria: ugyanannyielektron megy fel mint le60Co spinjét adott iránybakell állítani

alacsony h®mérséklet +er®s mágneses tér

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

Wu kísérlet elrendezése

polarizálás: Rose-Gortermódszer

nehézségek: β detektorbelül, radioaktív anyagvékony

e− detektálás: rögzítettantracén kristály

NaI szcintillátor: 60Co

polarizáltságát méri

demagnetizálás: tekercsfelemelése

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

Wu kísérlet eredménye

spin irányával szemben többelektron megy ki, mintellentétesen

sérül a paritás!

magyarázat: SM-ben agyenge kölcsönhatásbancsak balkezes részecskék ésjobbkezes antirészecskékvesznek részt

csak balkezes neutrínó ésjobbkezes antineutrínólétezik?

C sértés?

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

C sértés

1957 Oehme & Lee & Young: CPT tétel ⇒ C sértésmérésének lehet®sége

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

Lederman kísérlete

Garwin & Lederman &Weinrich 1957

π+ ⇒ µ+ + ν majdµ+ ⇒ e+ + 2ν

elektronok szögeloszlásátmérik

következtetésük P és Csértés

megmérik a müon mágnesesmomentumát

µ−-szal is elvégzik akísérletet

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

CP és a semleges kaonok

CPT és T megmarad ⇒ CP is

semmi sem utalt CP sértésre 1964-ig

semleges kaonok: K 0(ds) és K0(ds) ritkaság sajátállapotok

gyenge kölcsönhatásban (majdnem) határozott CP-velbomlanak

CP∣∣K 0⟩

= −∣∣∣K 0⟩és CP

∣∣∣K 0

⟩= −

∣∣K 0⟩

K 0

1= K0−K0

√2

, melyre CP∣∣K 0

1

⟩=∣∣K 0

1

⟩, rövid élettartamú

K 0

2= K0+K

0

√2

, melyre CP∣∣K 0

2

⟩= −

∣∣K 0

2

⟩, hosszú élettartamú

érdekes tulajdonságok: oszcilláció, regeneráció

CP ®rz® pionos bomlások: K1 ⇒ π+π−, K1 ⇒ π0π0,K2 ⇒ π+π−π0, K2 ⇒ π0π0π0

2π bomlások P sért®ek, 3π bomlások nem

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

Cronin és Fitch kísérleti elrendezése

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

Cronin és Fitch kísérlete

Brookhaven, AGS, p + Be

ütközésb®l K 0

2nyaláb

2π bomlásokat keresnek,impulzusmérés

m∗ meghatározása (feltévem = mπ)

Kl3 és Kπ3 elkentspektrumot ad

Kπ2-nél csúcsot várunk, jószögben

regenerációval számolni kell

CP sérül, töltött csatornákközött branching ratioR = (2.± 0.4)× 10−3

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

Sérül a CP??

CPT vagy T szimmetria sérül

nem pontosan K 0

1és K 0

2vesz részt gyenge kölcsönhatásban

KL = K 0

2+ εK 0

1, KS = K 0

1− εK 0

2gyenge sajátállapotok

Cronin & Fitch: indirekt CP sértés, nem a bomlás sérti a CP-t

direkt sérülés: kTeV @ Fermilab és Na48 @ CERN kaonrendszerben

Γ(K 0 ⇒ π+π−) 6= Γ(K0 ⇒ π+π−) és

Γ(K 0 ⇒ π0π0) 6= Γ(K0 ⇒ π0π0)

�srobbanás M ⇔ M szimmetriasérülése?

szimmetriasértés a CKM mátrixban van

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

B mezonok

név anti kvark JP tömeg(MeV)B+ B− ub 0− 5279.15

B0 B0

db 0− 5279.53

B0s B

0

s sb 0− 5366.3B+c B−c cb 0− 6276.4

B0 és B0s is keveredik antirészecskéjével

rövid élettartamúak

CP sértés kimutatása?

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

CP sértés B mezonokkal I.

BaBar és Bellekollaborációk: "B-Factory"

aszimmetrikusnyalábenergiák ⇒ B és Bbomlási helyénekszeparálása

egyik határozott �avorrelbomlik ⇒ "tag"

másik bomlásáig oszcillál

"Golden Channel": B ⇒ J/Ψ + KS ill. B ⇒ J/Ψ + KS CPsajátállapot és csak indirekt CP sértés lehet (elméletb®l)

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

CP sértés B mezonokkal II.

2001: indirekt CP sértés

oszcilláció: CPsajátállapotok és tömegsajátállapotok nem egyeznek

BaBar és Belle azonoseredmények

∣∣B0

i(t)⟩

= exp(−i(mi − i

2Γi

)t) ∣∣B0

i(0)⟩

2004: direkt CP sértés B0 ⇒ K+π−

2011 CERN: paritássértés semleges D0 részecskéknél

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

CPT és T sértés

CP sérül ⇒ CPT vagy T sérül

CPT nagyon fundamentális, de húrelméletb®l nem következik

CPLEAR kísérlet CERN-ben: semleges kaonok oszcillációjánakés K ⇒ πlνl vizsgálata

T sértés kísérletileg igazolt, nincs CPT sérülésére utaló jel

ASACUSA: antihidrogén spektrumának mérése (CPTellen®rzés)

Földönkívüliek anyagból vagy antianyagból vannak?

p + p ⇒ pK 0Λ megengedett, p + p ⇒ pK0Λ nem, CP sértés:

melyik bomlik valószín¶bben π0π0-ra?

"Mirror matter": nincs is P sértés?

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

CPT és T sértés

CP sérül ⇒ CPT vagy T sérül

CPT nagyon fundamentális, de húrelméletb®l nem következik

CPLEAR kísérlet CERN-ben: semleges kaonok oszcillációjánakés K ⇒ πlνl vizsgálata

T sértés kísérletileg igazolt, nincs CPT sérülésére utaló jel

ASACUSA: antihidrogén spektrumának mérése (CPTellen®rzés)

Földönkívüliek anyagból vagy antianyagból vannak?

p + p ⇒ pK 0Λ megengedett, p + p ⇒ pK0Λ nem, CP sértés:

melyik bomlik valószín¶bben π0π0-ra?

"Mirror matter": nincs is P sértés?

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

CPT és T sértés

CP sérül ⇒ CPT vagy T sérül

CPT nagyon fundamentális, de húrelméletb®l nem következik

CPLEAR kísérlet CERN-ben: semleges kaonok oszcillációjánakés K ⇒ πlνl vizsgálata

T sértés kísérletileg igazolt, nincs CPT sérülésére utaló jel

ASACUSA: antihidrogén spektrumának mérése (CPTellen®rzés)

Földönkívüliek anyagból vagy antianyagból vannak?

p + p ⇒ pK 0Λ megengedett, p + p ⇒ pK0Λ nem, CP sértés:

melyik bomlik valószín¶bben π0π0-ra?

"Mirror matter": nincs is P sértés?

Bevezetés Szimmetriák P sértés CP sértés Záró gondolatok

Vége!

Köszönöm a �gyelmet!