Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: higgsov mechanizmus boris...
TRANSCRIPT
![Page 1: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/1.jpg)
Úvod do časticovej fyzikyčasť 4: Higgsov mechanizmus
Boris Tomášik
Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných viedČVUT, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská
CERN, 3.-5.6.2013
![Page 2: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/2.jpg)
Kalibračné symetrie• k potenciálnej energii možno vždy pridať
konštantu a fyzika sa nezmení. Toto platí aj pre potenciál (=potenciálna energia / náboj)
• skalárny a vektorový potenciál
• kalibračná transformácia nemení E a B
2
�E = −∇ϕ− ∂ �A
∂t�B = ∇× �A
ϕ → ϕ+∂ϑ(�x, t)
∂t�A → �A−∇ϑ(�x, t)
![Page 3: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/3.jpg)
Kalibračná symetria v kvantovej mechaniketeória s nabitými časticami a elektromagnetickými poliami sa nezmení pri transformácii
3
ϕ → ϕ+∂ϑ(�x, t)
∂t�A → �A−∇ϑ(�x, t)
ψ(�x, t) → ψ(�x, t) ei q ϑ(�x,t)/�
![Page 4: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/4.jpg)
Kalibračná symetria v kvantovej mechaniketeória s nabitými časticami a elektromagnetickými poliami sa nezmení pri transformácii
3
ϕ → ϕ+∂ϑ(�x, t)
∂t�A → �A−∇ϑ(�x, t)
ψ(�x, t) → ψ(�x, t) ei q ϑ(�x,t)/�
Kvantová elektrodynamika je kalibračná teória invariantná voči grupe kalibračných transformácií U(1) (súvis so zachovaním náboja)
![Page 5: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/5.jpg)
Iné kalibračné teórie
Všetky interakcie sú popísané ako kalibračné teórie. Odlišujú sa len tým, voči akým transformáciám sa nemenia. (Sú invariantné každá voči inej grupe transformácií.)
Kvantová chromodynamika: SU(3)
Teória elektroslabých interakcií: SU(2) x U(1)
4
![Page 6: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/6.jpg)
Hmotnosť častíc
Kalibračná symetria nepripúšťa intermediálne bozóny s hmotnosťou!QED: fotón je nehmotná častica ✔QCD: gluón je nehmotná častica ✔EW: W a Z bozóny majú hmotnosť ✘
Nie sú prípustné ani fermióny s hmotnosťouale kvarky aj leptóny majú hmotnosť ✘
5
![Page 7: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/7.jpg)
Čo je to hmotnosť?
(Zotrvačná hmotnosť:) je to miera snahy objektu nemeniť svoj pohybový stav.
6
Je to miera energie objektu pri nulovej hybnosti
E =�
m2c4 + p2c2
![Page 8: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/8.jpg)
Čo je to hmotnosť?
(Zotrvačná hmotnosť:) je to miera snahy objektu nemeniť svoj pohybový stav.
6
Je to miera energie objektu pri nulovej hybnosti
E =�
m2c4 + p2c2
Vyrobme častici energiu pri nulovej hybnosti - energiu z interakcie.(Toto je povolené kalibračnou symetriou.)
![Page 9: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/9.jpg)
Čo je to vákuum?
Vákuum nie je prázdny priestor!Vákuum je stav s najnižšou energiou.Väčšina fyzikálnych polí (napríklad EM pole) má v stave s najnižšou energiou nulovú hodnotu.
7
![Page 10: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/10.jpg)
Čo je to vákuum?
Vákuum nie je prázdny priestor!Vákuum je stav s najnižšou energiou.Väčšina fyzikálnych polí (napríklad EM pole) má v stave s najnižšou energiou nulovú hodnotu.
7
Higgs (Brout, Englert, Guralnik, Hagen, Kibble): Existuje skalárne pole, ktorá má najnižšiu energiu vtedy, keď má nenulovú hodnotu.Toto pole interaguje s kalibračnými bozónmi.
![Page 11: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/11.jpg)
Higgsov mechanizmus
8
![Page 12: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/12.jpg)
Higgsov mechanizmus
8
![Page 13: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/13.jpg)
Higgsov mechanizmus
8
![Page 14: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/14.jpg)
Higgsov mechanizmus
8
![Page 15: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/15.jpg)
Higgsov mechanizmus
8
![Page 16: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/16.jpg)
Higgsov mechanizmus
8
![Page 17: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/17.jpg)
Hmotnosť častíc
‣ je priamo úmerná strednej hodnote Higgsovho poľa
‣ fermióny: hmotnosť je úmerná aj sile, akou s nimi Higgsovo pole interaguje
➡ najsilnejšia interakcia s top kvarkom
‣ Mechanizmus vedie k hmotnosti W a Z, kvarkov a leptónov
9
![Page 18: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/18.jpg)
Higgsov bozónje kvantom excitácie Higgsovho poľainteraguje s časticami, ktorým dáva Higgsovo pole hmotnosť
10
Hlavné procesyprodukcie na LHC
![Page 19: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/19.jpg)
Pozorovanie Higgsovho bozónuNa pozorovanie najpriaznivejšie rozpadové procesy:
11
![Page 20: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/20.jpg)
Signál v kanáli H➞ZZ➞llll
12
![Page 21: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/21.jpg)
Signál v kanáli H➞ZZ➞llll
12
![Page 22: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/22.jpg)
Signál v kanáli H➞γγ
13
![Page 23: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/23.jpg)
Signál v kanáli H➞γγ
13
![Page 24: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/24.jpg)
Higgsov mechanizmus nie je zodpovedný za hmotnosť protónov
14
• protóny aj neutróny sa skladajú z (3) kvarkov
![Page 25: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/25.jpg)
Higgsov mechanizmus nie je zodpovedný za hmotnosť protónov
14
• protóny aj neutróny sa skladajú z (3) kvarkov
• hmotnosti kvarkov sú okolo5 MeV/c2, ale hmotnosťp a n je okolo 940 MeV/c2
![Page 26: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/26.jpg)
Higgsov mechanizmus nie je zodpovedný za hmotnosť protónov
14
• protóny aj neutróny sa skladajú z (3) kvarkov
• hmotnosti kvarkov sú okolo5 MeV/c2, ale hmotnosťp a n je okolo 940 MeV/c2
![Page 27: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/27.jpg)
Higgsov mechanizmus nie je zodpovedný za hmotnosť protónov
14
• protóny aj neutróny sa skladajú z (3) kvarkov
• hmotnosti kvarkov sú okolo5 MeV/c2, ale hmotnosťp a n je okolo 940 MeV/c2
• protón získava hmotnosť silnou interakciou kvarkov s kvarkovým kondenzátom vo vákuu
![Page 28: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/28.jpg)
Higgsov mechanizmus je zodpovedný za
• hmotnosť elektrónu➡ veľkosť atómov a ich väzbové energie
➡ chemické väzby medzi atómami
TEDA ZA CELÚ CHÉMIU!!!
15
![Page 29: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/29.jpg)
Higgsov mechanizmus a bozón
• všetko je vyplnené Higgsovým poľom• interakciou s Higgsovým poľom získavajú
hmotnosť W a Z bozóny, leptóny a kvarky• väčšina hmotnosti hadrónov (teda aj
protónov a neutrónov) je však zo spontánneho narušenia chirálnej symetrie
• Higgsov bozón je kvantom excitácie Higgsovho poľa
16
![Page 30: Úvod do časticovej fyziky...Úvod do časticovej fyziky časť 4: Higgsov mechanizmus Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022052100/603a12146bd25c678012288f/html5/thumbnails/30.jpg)
Čo ďalej...?stredoskolak.casticova-fyzika.czčoskoro: www.svetcastic.sk
podujatia pre stredoškolákov:
http://fyzika.uniza.sk/mc
http://masterclasses.casticova-fyzika.cz/http://www.physicsmasterclasses.org/
• Medzinárodné masterclasses (aj regionálne)
• Cascade projekty (SK)
Pracovné listy a hry:http://www.fpv.umb.sk/kat/kf/private/8_vyucovanie.htm
17