CP ΠΑΡΑΒΙΑΣΗ Καόνια

Ονοματεπώνυμο:

Φλωρεντία Κωνσταντίνου

ΑΕΜ: 12527 Εξάμηνο: 8

o

Μάθημα: Στοιχειώδη Σωμάτια ΙΙ Διδάσκων: Κώστας Κορδάς Ημερομηνία: 11.5.2010



Παραβίαση της συμμετρίας CP

 Mυστήριο στην αναλογία ύλης και αντι-ύλης στο σύμπαν !!!

  Όταν η ενέργεια μετατρέπεται σε ύλη , παράγει ένα ζεύγος σωματιδίων: το «υλικό» σωματίδιο και το αντι-σωματίδιο του με αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο.

Όταν τώρα ένα σωματίδιο και το αντι-σωματίδιό του συγκρούονται, αλληλοκαταστρέφονται και παράγεται μια λάμψη ενέργειας.

Η Μεγάλη Έκρηξη ( Big Bang) θα έπρεπε να είχε φτιάξει ύλη=αντιύλη => αλληλοεξουδετέρωσή τους, δημιουργώντας αόρατη ακτινοβολία.

Στο σύμπαν θα υπήρχε μόνο φως.

≠

Το παρατηρούμενο σύμπαν έχει περίπου δέκα δισεκατομμύρια γαλαξίες οι οποίοι αποτελούνται στο σύνολό τους μόνο από ύλη (πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια), χωρίς καθόλου αντιύλη (αντιπρωτόνια, αντινετρόνια και ποζιτρόνια).

ΠΑΡΑΔΟΞΟ!!!

Θεώρημα Noether:

κάθε συμμετρία συνεπάγεται την ύπαρξη κάποιου μετρήσιμου μεγέθους που παραμένει σταθερό

=>

το νόμο

Εικόνα 1: Σχηματική αναπαράσταση της εξέλιξης του Σύμπαντος από τα πρώτα κιόλας κλάσματα δευτερολέπτων μετά την Μεγάλη Έκρηξη.



Στο χώρο των σωματιδίων, υπάρχουν τρείς κύριες συμμετρίες. 1)ομοτιμία Parity, P 2)Συζυγία φορτίου, C και οι 3 λέγονται συμμετρία CPT 3)Αντιστροφή του χρόνου Τ

1)Oμοτιμία - Parity :

  O νόμος διατήρησης της ομοτιμίας ανακαλύφθηκε από τους Block και Wigner την δεκαετία του 1930.

Αναπόσπαστο μέρος της Κβαντικής Φυσικής, δεν συναντάται στην κλασσική Φυσική  Περιγράφει δύο τιμές που μπορεί να πάρει ένα σωμάτιο, την άρτια και την περιττή  Το Ρ αντιστοιχεί στο κοίταγμα σε έναν καθρέφτη που αντιστρέφει και τις τρεις χ χωρικές συντεταγμένες.

 Για σύνθετα συστήματα

=>

ℓ  Σωματίδια-αντισωματίδια

=>

αντίθετες parity  Για δέσμιες καταστάσεις όπως το ποζιτρόνιουμ (e+e-) ή τα μεσόνια η συνολική parity είναι (-1) ℓ+1 

αλληλεπιδράσεις.



Διατηρείται στις ισχυρές και ηλεκτρομαγνητικές

Φωτόνια

=>

parity (-1) , μιας και υπό την επίδραση της parity ισχύει E(x) = -E(-x).

Parity (ομοτιμία) στη ασθενή διάσπαση του π :

Έστω η ασθενής διάσπαση : π + → μ + + ν μ •Το π έχει spin=0 και στο CMS τα μ και ν παράγονται σε 180 ο => τα spin τους πρέπει να αλληλοαναιρούνται.

•Πειράματα δείχνουν ότι κάθε μ + και ν μ είναι αριστερόστροφο.

=>

Αν η parity διατηρείτο στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις θα περιμέναμε δεξιόστροφα και αριστερόστροφα προϊόντα να παράγονταν σε ίδιες ποσότητες

αλλά αυτό δεν παρατηρήθηκε!!!

2)

Συζυγία φορτίου (Charge Conjugation) :

 του ηλεκτρικού φορτίου  Οι φυσικοί νόμοι παραμένουν αναλλοίωτοι ως προς την συζυγία Δεν παρατηρείται καμιά αλλαγή στην κίνηση ενός φορτίου αν αλλάξει το πρόσημο του και ταυτόχρονα αλλάξει η διεύθυνση του ηλεκτρικού ή μαγνητικού πεδίου μέσα στο οποίο κινείται. Αυτό αναφέρεται σαν συζυγία φορτίου.  Ο τελεστής C της συζυγίας φορτίου προκαλεί τη μετατροπή του σωματίδιο ↔ αντισωματίδιό του αφήνοντας τη θέση και την ορμή του αμετάβλητες.

 Ο C αντιστρέφει κάθε εσωτερικό κβαντικό αριθμό όπως το βαρυονικό αριθμό, λεπτονικό αριθμό, παραδοξότητα, κλπ.

 Ισχύει C

2

=I ,ο τελεστής συζυγίας φορτίου είναι

μοναδιαίος =>

οι επιτρεπτές ιδιοτιμές του τελεστή C είναι εαυτού τους. (π 0 , η, γ…).

± 1. Άρα ο C έχει ιδιοτιμές

μόνο για σωματίδια που είναι ταυτόχρονα και αντισωματίδια του

  Το φωτόνιο έχει C γ Η συζυγία φορτίου C διατηρείται από τις ισχυρές και τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις αλλά ΔΕΝ διατηρείται από τις  = -1.

CP Συμμετρία

Έλεγχος για την CP συμμετρία: Πρώτα παίρνουμε όλα τα σωματίδια και αντιστρέφουμε το φορτίο τους (ο όρος "C" συζυγία φορτίου) από θετικό σε αρνητικό και αντίστροφα (για τα αντισωματίδια). Αλλάζουμε το αριστερόστροφο ισοσπίν και το μετατρέπουμε σε δεξιόστροφο (ο όρος "P" ισοτιμία-Parity) και αντίστροφα. =>Εάν τα νέα σωματίδια που θα προκύψουν συμπεριφέρονται με τον ίδιο τρόπο με τα παλιά, τότε

στην CP μεταβολή.

οι νόμοι της Φυσικής είναι αναλλοίωτοι



Διατήρηση της CP-συμμετρίας από τις ασθενείς αλληλεπιδράσεις (έχει αποδειχτεί ότι στην πραγματικότητα δεν ισχύει)

•Ασθενείς δυνάμεις: παραβιάζουν την C συζυγία φορτίου και P συμμετρία του χώρου αλλά διατηρούν την συνδυασμένη συμμετρία CP.

•Στο πιο κάτω διάγραμμα φαίνεται τι συμβαίνει σε ένα σωματίδιο f όταν δράσουν πάνω του οι συμμετρίες P, C, και CP.

Δράση Parity

f

L

s

p

f

R

Δράση C

CP

Δράση C

Δράση Parity

f L f R

Εξήγηση:

• Ένα αριστερόστροφο σωματίδιο f L κάτω από τη δράση του τελεστή Parity, P, μετατρέπεται σε δεξιόστροφο f R το οποίο όμως δεν αλληλεπιδρά με την ύλη γιατί δεν υπάρχει δεξιόστροφο σωματίδιο και δε δίνει αντιδράσεις μέσω των ασθενών αλληλεπιδράσεων.

• Αν τώρα στο αρχικό f L δράσει ο τελεστής συζυγίας φορτίου C θα το μετατρέψει σε αριστερόστροφο αντισωματίδιο ḟ L (αλλαγή φορτίου) το οποίο πάλι δεν μπορεί να δώσει ασθενείς αντιδράσεις.

Έτσι βλέπω ότι οι τελεστές P και C παραβιάζονται από τις ασθενείς δυνάμεις.

• Αν τώρα στο f l αριστρερόστροφο σωματίδιο δράσει και ο C και ο P, ελικότητα h=+1 όπου είναι επιτρεπτό.

f R

Άρα οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις σέβονται την CP.

Σημείωση: Τα σωματίδια είναι πάντα αριστερόσρτοφα.

Τα αντισωματίδια είναι πάντα δεξιόστροφα.

Εικόνα 2:

διατήρησης της συμμετρίας CP στην ασθενή διάσπαση του πιονίου. H παραβίαση της C και της P, αλλά της Δεν μπορεί να υπάρξει δεξιόστροφο v μ γιατί τα σωματίδια είναι αριστερόστροφα. Υπάρχει το δεξιόστροφο αντι-v μ



Πέιραμα Wu :

Το πείραμα αυτό πραγματοποιήθηκε από την Wu et al το 1957. Πειραματική απόδειξη ότι η συμμετρία Parity P δεν διατηρείται στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις . Το ίδιο ισχύει για τη συμμετρία C.=>παραβίαση της CP από την ασθενή αλληλεπίδραση.

Περιγραφή: To Co-60 (κοβάλτιο), το οποίο είναι πολωμένο με άξονα πόλωσης τον z, τοποθετήθηκε σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο και σε θερμοκρασία 0.01K, έτσι ώστε ο πυρήνας του Co να ευθυγραμμισθεί με το πεδίο. Η διάσπαση είναι:

Co

60 →

Ni

60

+ e

⁻

+



e

•Μετράμε την ένταση των e- που κατευθύνονται προς τα πάνω και προς τα κάτω.

    Αν η Parity διατηρείται, τότε πρέπει κατά μήκος του άξονα του πυρήνα, όσα e εκπέμπονται προς τα πάνω τόσα να πηγαίνουν και προς τα κάτω.

Αυτό γιατί η συμμετρία της Parity στο χώρο δεν κατευθύνει σε συγκεκριμένη διεύθυνση κανένα σωματίδιο. Μετρήθηκε όμως ότι τα ηλεκτρόνια εκπέμπονται κατά προτίμηση σε αντίθετη κατεύθυνση από αυτή του spin του Co. Άρα με βάση το διπλανό σχήμα υπάρχουν περισσότερα ηλεκτρόνια προς τα κάτω.

Άρα στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις παραβιάζουν τη συμμετρία Parity.

Εικόνα 3: Αποτέλεσμα του Πειράματος Wu

Ιστορική αναδρομή και Εξέλιξη στην έρευνα:

 Πριν το 1950 οι φυσικοί πίστευαν ότι: Η C και η P διατηρούνται σε όλες τις αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων και οι συμμετρίες διατηρούνται σε όλα τα φαινόμενα του κόσμου.

 Το 1956 οι

Lee και Yang

υπέδειξαν ότι ενώ υπήρχαν έλεγχοι για την διατήρηση της Parity στις ισχυρές και ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις, δεν υπήρχαν για τις ασθενείς δυνάμεις

=>

ήταν δυνατόν οι ασθενείς δυνάμεις να παραβιάζουν την Parity.

Νόμιζαν ότι ο συνδυασμός CP πως διατηρείται - αλλά κι αυτό τελικά έχει αποδειχθεί πως δεν ισχύει.

 Το 1957 η Wu et al απέδειξε πειραματικά ότι η συμμετρία Parity P δεν διατηρείται στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις .

 Πειραματικό ενδιαφέρον προκάλεσαν οι J.Cronin, του Πανεπιστημίου του Chicago και Val Fitch, του Πανεπιστημίου Princeton όταν βρήκαν πως τα ουδέτερα καόνια, διασπώνται με τρόπο που παραβίαζε την CP συμμετρία.

ΜΕΓΑΛΗ ΕΚΠΛΗΞΗ!!!

 Μέχρι το 1964 πίστευαν ότι σε όλα τα μικροσκοπικά φαινόμενα οι δύο κατευθύνσεις του χρόνου είναι απολύτως ισοδύναμες.

≠

Το Σύμπαν υπακούει στη διατήρηση της συνδυασμένης συμμετρίας CPT και δεν υπακούει στη συνδυασμένη συμμετρία CP ΄Αρα δεν πρέπει να υπακούει και στη συμμετρία Τ.

Άρα η αντιστροφή του χρόνου Τ πρέπει να αλλάζει κάποιους νόμους της Φύσης!!

 Δύο Ιάπωνες, ο Makoto Kobayashi και ο Toshihide Maskawa, έδειξαν πως το Καθιερωμένο Μοντέλο θα μπορούσε να τροποποιηθεί για να ισχύει η συνδυασμένη συμμετρία CP. Aκόμη κι αν η αλλαγή της θεωρίας του Καθιερωμένου Μοντέλου θα μπορούσε να φέρει την CP παραβίαση σε άλλα σωματίδια, οι πειραματιστές δεν έχουν ανιχνεύσει αυτή την παραβίαση σε άλλα σωματίδια εκτός των καονίων.

 Το 1967 ο Σοβιετικός φυσικός Andrei Sakharov έδειξε πως η παραβίαση CP ήταν συνώνυμη με την ανισορροπία ύλης και αντιύλης και της επικράτησης της ύλης.

Άρα με βάση τα πιο πάνω θα πρέπει να υπάρχουν κάποιες δυνάμεις που να προκάλεσαν την παραβίαση της CP-συμμετρίας => κατέστρεψαν την ισότητα των σωματιδίων ύλης και αντιύλης, αφήνοντας πίσω τεράστιες ποσότητες ύλης.

Ως σήμερα η παραβίαση της CP-συμμετρίας αποτελεί ένα μυστήριο! Η ΕΡΕΥΝΑ ΣΥΝΕΧΙΖΕΤΑΙ!!!



Ασθενής Δύναμη:

Από μόνη της μπορεί να εξηγήσει μόνο μια μικρή παραβίαση της CP συμμετρίας, η οποία όμως δεν είναι αρκετή για να αφήσει ικανή ποσότητα ύλης στο Σύμπαν, ούτε καν για ένα γαλαξία.

 Το 1964 παρατηρήθηκε ότι η CP συμμετρία παραβιάζεται στην ασθενή διάσπαση του καονίου .  Ήταν το πρώτο και για 46 έτη (μέχρι σήμερα) το μόνο παράδειγμα της παραβίασης CP.

Από τότε, οι φυσικοί έψαξαν και ψάχνουν να βρουν περισσότερα παραδείγματα της παραβίασης CP για να δοκιμάσουν τις θεωρίες που επικρατούν.

Καόνια

Πώς όμως μπορεί να δικαιολογηθεί η μικρή παραβίαση της συνδυασμένης συμμετρίας CP στα ουδέτερα καόνια;



Ουδέτερα καόνια, Κ 0 :

• συνδυασμός ενός κουάρκ και ενός αντικουάρκ • παρουσιάζουν το φαινόμενο των

κβαντικών ταλαντώσεων.

• Το γεγονός ότι τα ουδέτερα καόνια παραβιάζουν την CP σημαίνει ότι είτε η δημιουργία είτε η διάσπαση τους δεν γίνεται εντελώς συμμετρικά.

• Το σύστημα των καονίων Κ είναι ένα από τα πιο ιδιόμορφα, πολύπλοκα και ενδιαφέροντα συστήματα στη Φύση.

•Έχουν γίνει τα πιο τέλεια, ακριβή και πετυχημένα πειράματα με τα

καόνια.

•Το Κ 0

K d s

•Tα καόνια είναι εξωτικά σωματίδια και είναι μίγμα δύο μερών: ενός βραχύβιου (Κ

s

) και ενός μακρόβιου (K

L

) . 

Υφίστανται 2 διαδικασίες:

•Έμμεση παραβίαση CP: Είναι η διαδικασία όπου μερικά από τα μακρόβια καόνια μεταμορφώνονται στα βραχύβια καόνια. Ανιχνεύτηκαν τα εντοπισμένα θραύσματα των βραχύβιων καονίων αρκετά μετά τη διάσπαση όλων των βραχύβιων καονίων.

•Άμεση παραβίαση CP: Οι επιστήμονες στο Fermilab ανήγγειλαν την διαδικασία της "άμεσης παραβίασης CP" όπου τα μακρόβια καόνια K

L

διασπώνται στα ίδια σωματίδια όπως και τα βραχύβια καόνια.

=>

Tο πείραμα που βασίζεται στην έμμεση παραβίαση CP θα μας

βοηθήσει να κατανοήσουμε γιατί το Σύμπαν φτιάχτηκε από ύλη και όχι από αντι-ύλη!

  Το 1964 παρατηρήθηκε μόνο σε ένα στα 500 καόνια η έμμεση παραβίαση CP.

Κάτι άλλο υπάρχει στο Σύμπαν που οδηγεί στην CP παραβίαση, ίσως μία ακόμη

άγνωστη δύναμη

λόγω του ότι οι τιμές που βρέθηκαν στο Fermilab: 1) είναι μεγαλύτερες από ότι προβλέπει το Καθιερωμένο Πρότυπο 2) είναι πάρα πολύ μικρές για να εξηγήσουν την ανισότητα της ύλης αντιύλης.

Εικόνα 4:

Φαίνεται ότι η ισχυρή αλληλεπίδραση διατηρεί το αντι-s στο Κ 0 . Επίσης φαίνονται οι διασπάσεις των ουδέτερων καονίων σε πιόνια

K

0 0 . Πάνω οι πειραματικές αλληλεπιδράσεις και κάτω οι θεωρητικές.

σε

 Λόγω της διαφορετικής παραδοξότητάς των Κ 0 1), οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις (διατηρούν την παραδοξότητα) τα βλέπουν σαν διαφορετικά σωματίδια και έχουν διαφορετικές αντιδράσεις χωρίς να μπορεί να μετατραπεί το ένα στο άλλο.

S π - + p → K 0 0 +1 0 + Λ 0 -1

s s s

=>

παράγεται όπου το μας δίνει το Κ 0 και το s το Λ 0

K

0 S -1 + p → Λ 0 + π + 0 -1 0

=>

s

και το δεν μπορεί να κάνει βαρυόνιο

K

≠

 άρα μπορούν να μετατρέψουν το Κ 0

K o

στο αντισωματίδιο του, .

Ιδιοκαταστάσεις της CP

 CP υφίσταται μια μικρή παραβίαση από τις ασθενείς δυνάμεις οπότε κάνουμε την προσέγγιση ότι διατηρούν εν μέρει την CP συμμετρία. Έτσι τα καόνια που συμμετέχουν στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις πρέπει να

είναι ιδιοκαταστάσεις της CP (θα δω ότι δεν ισχύει).

 Tα Κ 0

K

 Για τη συζυγία φορτίου C έχουμε: • C|K 0

K

• Για τη CP ισχύει: CP|K 0

K

0 >

K K

0 >

=>

Άρα κανένα από τα K 0

K

 Μπορούμε να δημιουργήσουμε ιδιοκαταστάσεις της CP οι οποίες να είναι σε γραμμικό συνδυασμό των K 0

K

|Κ 0 s > = 1 2 (|K 0 > + |

K

0 > ) |K 0 L > = 1 2 (|K 0 >

-

|

K

0 > )



Άρα οι καταστάσεις K 0 L

CP |K 0 s > CP |K 0 L > = +|K 0 s > = -|K 0 L >

, K 0 s

είναι ιδιοκαταστάσεις της CP.  Όταν ο τελεστής CP δράσει στην ιδιοσυνάρτηση K 0 s ιδιοτιμή +1 ενώ το K 0 L δίνει αρνητική ιδιοτιμή. δίνει έχει θετική

=> ή

Τα καόνια που παράγονται μέσα από ισχυρές δυνάμεις είναι K Τα καόνια που διασπώνται μέσα από τις ασθενείς δυνάμεις

0

είναι K 0 L ή K 0 s .

 είτε σαν επαλληλία των K 0 L , K 0 s .

K

Μπορεί ένα τυχόν καόνιο να γραφεί είτε σαν επαλληλία των K 0 0 ή  Tα K 0 και τους και τα K 0 L

K

0 μπορούν να διακριθούν από τον τρόπο παραγωγής και K 0 s διακρίνονται από τον τρόπο διάσπασής τους.



Τα καόνια διασπώνται είτε σε 2π είτε σε 3π .

•

Για τη διάσπαση σε 2π έχουμε:

 Έστω ότι διασπάται σε ένα σύστημα (  1 )

π

0

π

0

(  1 ) Και το π 0 και το Κ έχουν spin=0, άρα στροφορμή ℓ=0 , και επομένως η parity ενός ουδέτερου πιονίου είναι p=+1. CP=+1.

Η συζυγία φορτίου C είναι C=+1  Για την διάσπαση σε ένα σύστημα πιονιών

C|π

⁺

π

⁻

> = (-1) ℓ

= +1.

π

⁺

π

⁻ συνεχίζουμε να έχουμε parity p=+1 αφού το κάθε ένα έχει Parity (-1), και

Άρα συμπεραίνουμε ότι οι διασπάσεις του Κ

0

2π, έχουν CP=+1.

σε

Για τη διάσπαση σε 3π έχουμε:

 Έστω ότι διασπάται σε σύστημα 3π 0 πιονίων π 0 και προσθέτουμε ένα τρίτο. => ένα ζεύγος ουδέτερων  Για την parity έχουμε P=(P π ) 3 (-1) ℓ 12 (-1) ℓ 3 όπου ℓ

12

και ℓ

3

η σχετική στροφορμή του συστήματος των π 0 του ζεύγους η σχετική στροφορμή του τρίτου πιονίου ως προς το ζεύγος. Αφού η στροφορμή του ουδέτερου καονίου είναι ℓ=0 πρέπει η συνολική στροφορμή των 3π να παραμένει 0 άρα έχουμε P = (P

π ) 3 ℓ 12 =ℓ 3

και για την parity = -1 και (C

π ) 3

= 1 αφού ισχύει C π =+1. 

Άρα CP

3π

=-1.



Για την τελική κατάσταση π

⁺

π

⁻

π⁰ βρίσκεται πειραματικά

CP = -1.

• Το K 0 s έχει θετική ιδιοτιμή CP και μπορεί να διασπαστεί σε δύο πιόνια, 2π. • Το K 0 L έχει αρνητική ιδιοτιμή CP και η διάσπαση σε 2π είναι απαγορευμένη.

•Άρα το K

0 L

(μακρόβιο) μπορεί να διασπαστεί μόνο σε τρία πιόνια γιατί έχει ιδιοτιμή CP=-1.

K 0 s → π

⁺

π

⁻

K 0 s → π 0 π 0 K 0 L → ππ (απαγορευμένη)

•Από τις διασπάσεις K 0 s → 2π και K 0 L → 3π, φαίνεται ότι το K

0 s

διασπάται πιο γρήγορα εξαιτίας του μεγαλύτερου χώρου φάσεων.

θα

τ(K 0 s )=8,96 10 -11 s και τ(K 0 L )=5,18 10 -8 s •H διάσπαση σε 2π είναι ευκολότερη απ’ ότι η διάσπαση σε 3π • Ο χρόνος ημισείας ζωής του K 0 s είναι μικρότερος από τον χρόνο ημισείας ζωής του K 0 L .

Εικόνα 5:

Η τοποθέτηση των ουδέτερων Καονίων σε άξονες και των μακρόβιων και βραχύβιων καονίων. Επίσης φαίνονται οι επιτρεπτές διασπάσεις των δύο τελευταίων.



Ταλαντώσεις του Κ

0

• Κβαντικές ταλαντώσεις είναι το φαινόμενο όπου τα σωματίδια εναλλάσσονται με τα αντι-σωματίδιά τους.

• Γίνεται μέσω των ασθενών αλληλεπιδράσεων, οι οποίες επιτρέπουν τη μετατροπή ενός κουάρκ σε αντικουάρκ (π.χ. ενός d σε αντι-d και ενός s σε αντι-s) μέσω των μεταδοτών μποζονίων W

+

και

W -

.

•Η κατάσταση K⁰ με το πέρασμα του χρόνου μετατρέπεται

σε μείγμα:

|K

0

>(t)= (α

2 s

(t) |K

0 s

> + α

L

(t) | K

0 L

> )



Παραβίαση της συμμετρίας CP στη διάσπαση του Κ

0

•Μέχρι τώρα υποθέσαμε ότι το Κ L μπορεί να διασπασθεί μόνο σε 3 πιόνια γιατί έχει συνδυασμένη συμμετρία CP = -1.

•Το 1964 οι

Cronin, Fitch, Christenson και Turlay

παρατήρησαν για πρώτη φορά την διάσπαση του μακρόβιου καονίου σε 2π

Κ L →

κάτω:

π + π -

η οποία παραβιάζει την συμμετρία CP. •Η μέτρηση του βαθμού της παραβίασης της CP από τα ουδέτερα

n

  

ά ά

  (

K



L s

       _ )  2 .

2  10  3 • Η παραβίαση της CP είναι εξαιρετικά μικρή και δεν υπάρχει πλήρης θεωρητική εξήγηση. Μια άλλη παραβίαση της CP είναι η ακόλουθη:  (   ( 

L L

    

e



v e



e



v e

) )  1 .

005 όπου ο λόγος έπρεπε να ήταν ίσος με την μονάδα αν η CP

διατηρείτο!



Πειράματα που έγιναν γύρω από τη CP παραβίαση

 Το πείραμα του

Fermilab

είναι ένα παράδειγμα παραβίασης CP.

• Χρησιμοποιεί τη διάσπαση των καονίων, ένα διαφορετικό τύπο διάσπασης από αυτό που περιγράφηκε πιο πάνω. • Έχει επιβεβαιώσει με ένα νέο πείραμα το γεγονός ότι η φύση

προτιμάει την ύλη έναντι της αντι-ύλης.

•Η ομάδα στο Fermilab αποτελείται από περίπου 80 φυσικούς, προέρχονται από 12 ινστιτούτα, παρουσίασαν τα ευρήματα τους στην Ατλάντα κατά τη διάρκεια συνάντησης της American Physical Society (APS).

• Αξίζει να σημειωθεί ότι τη δεκαετία του ʼ 90, στο πείραμα του Fermilab παρόν ήταν και ο κ.Κώστας Κορδάς.  Άλλα μετέπειτα πειράματα είναι το πείραμα

CPLEAR

και το εργαστήριο σωματιδιακής φυσικής στο

CERN

, στο οποίο συμμετείχε ενεργά και το εργαστήριο του Τομέα Πυρηνικής Φυσικής και Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων του Τμήματος Φυσικής, Α.Π.Θ.

 Η ανακάλυψη του b-quark, έδειξε ότι και τα μεσόνια καόνια ως προς τη συμμετρία CP.

B

(περιέχουν ένα b-κουάρκ), πρέπει να έχουν παρόμοιες ιδιότητες με τα ουδέτερα Η μελέτη της συμμετρίας CP στα μεσόνια B έγινε και με τα πειράματα

BABAR

και

BELLE

.

Εικόνα 6: Ανιχνευτής BaBar, σύγκρουση e

+

-e

-

για την δημιουργία Β μεσονίων

Εικόνα 7: Ανιχνευτής Belle Όλα τα μέχρι τώρα πειράματα έδειξαν ότι υπάρχει αξιοσημείωτη συμφωνία των πειραματικών αποτελεσμάτων με τις προβλέψεις της θεωρίας!!!



Σημερινά και μελλοντικά πειράματα σε επιταχυντές

σωματιδίων έχουν σχεδιαστεί για να ψάξουν για πηγές παραβίασης της CP-συμμετρίας οι οποίες να είναι αρκετά μεγάλες

=>

εξήγηση επικράτησης της ύλης Σύμπαν.

 Στην πιο κάτω εικόνα φαίνεται η συσκευή η οποία βοηθάει τους επιστήμονες να εξετάσουν εξωτικά σωματίδια όπως τα καόνια, για να κατανοήσουν το μυστήριο όπου η ύλη κέρδισε την μάχη με την αντιύλη μετά το Big Bang. (Fermi National Accelerator Lab).

Εικόνα 8: Συσκευή για εξέταση εξωτικών σωματιδίων ώστε να κατανοηθεί γιατί το σύμπαν αποτελείται αποκλειστικά από ύλη.

 Oμάδα του

KEK Ιαπωνίας

και του

SLAC

(Stanford Linear Accelerator Center) της Καλιφόρνιας αντίστοιχα αντισωματίδια τους.

=>

πέτυχαν την παραγωγή πασίγνωστων αλλά δυσνόητων σωματιδίων, τα B μεσόνια, μαζί με τα • Οι επιστήμονες σε αυτά τα "B εργαστήρια" σχεδιάζουν να συγκρίνουν δυνατή ποτέ πριν. 

=>

προβλέπεται να θέσει ένα νέο πήχη μέτρησης για τις πιο βασικές συμμετρίες ή ασυμμετρίες της φύσης.



Τα αποτελέσματα είναι ακόμη ατελή και τα πειράματα απαιτητικά, που καμιά ομάδα μελετητών δεν είναι έτοιμη να ισχυριστεί οριστικά τι συμβαίνει με την CP-παραβίαση.

Εικόνα 9: Φαίνεται το κέντρο SLAC όπου ήταν ένα από τα πρώτα εργαστήρια που πέτυχαν την παραγωγή Β μεσονίων και των αντισωματιδίων τους.

 Δύο πειραματικές ομάδες KEK, SLAC δημιούργησαν ζεύγη B

μεσονίων



ποζιτρονίων (e +

) , σε επιταχυντές σωματιδίων.

-

) και

Περιγραφή πορείας των σωματιδίων e επιταχυντή: και e + στον

• Τα ηλεκτρόνια με τα ποζιτρόνια αρχικά επιταχύνονται σε υψηλές ενέργειες σε γραμμικό επιταχυντή. • Μετά μεταπηδούν σε ένα κυκλικό δακτύλιο.

• Περιστρέφονται σε αντίθετες κατευθύνσεις και συγκρούονται. • Τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια ρίχνονται με ελαφρά διαφορετικές

ενέργειες.

• Έτσι όταν δημιουργηθούν τα B μεσόνια, να κινούνται σταθερά σε μια κατεύθυνση με περίπου τη μισή ταχύτητα του φωτός αντί να παραμένουν ακίνητα. μεσόνιο Β.

 • Η κίνηση αυτή γίνεται με ένα έξυπνο τρόπο για να καθυστερήσουν το • Έτσι το αντισωματίδιο του να προλάβει να διασπαστεί σε μια δέσμη σωματιδίων όπου δημιουργείται πίδακας ιχνών των σωματιδιών.

 των ιχνών των σωματιδίων  Έτσι επιτρέπεται στους αναλυτές να ανιχνεύσουν αυτόν τον πίδακα και οι υψηλής ανάλυσης ανιχνευτές εντοπίζουν το σημείο στο οποίο έγιναν οι διασπάσεις.

 Η απόσταση που έχουν ταξιδέψει τα κινούμενα Β μεσόνια δίνει το

χρόνο μέσα στον οποίο γίνονται οι διασπάσεις.



Συγκρίνοντας τον χρόνο αυτό λεπτομερώς, που εξαρτάται από τις διασπάσεις των Β και των αντι-Β μεσονίων, οι φυσικοί μπορούν να ψάξουν για αποδείξεις της CP παραβίαση.

 Από τα

10 εκατομμύρια

BaBar,

μόνο τα 120

για την CP παραβίαση.

B μεσόνια που παράγονται στο είναι ειδικού τύπου και επιτρέπουν την έρευνα

Καθιερωμένο Μοντέλο:

• Δίνει μια συνεπή εικόνα των δομικών μονάδων του υποατομικού κόσμου γύρω μας και των δυνάμεων μεταξύ τους.

• Σήμερα ξέρουμε ότι περιγράφει μόνο το 5% της συνολικής μάζας του Σύμπαντος.

• Αφήνει αναπάντητα θεμελιώδη ζητήματα στη σωματιδιακή φυσική και την κοσμολογία. •Η συνεργασία BaBar έχει ανακαλύψει πολύ σπάνιες διασπάσεις σωματιδίων που υπακούουν στη CP-παραβίαση

=>

πρόσφεραν υπαινιγμούς κατάρρευσης του καθιερωμένου μοντέλου

=>

Έτσι έχει ανοίξει την πόρτα για την ανακάλυψη της νέας φυσικής.



Σχετικά πρόσφατο αποτέλεσμα:

εξετάστηκε μια διάσπαση όπου ένα B μεσόνιο διασπάται σε δύο άλλα σωμάτια, ένα μεσόνιο Η και ένα ουδέτερο μεσόνιο Κ (καόνιο).

 Αυτή η διάσπαση είναι

δέκα φορές σπανιότερη

ασυμμετρία ύλης-αντιύλης.

από προηγούμενες αλληλεπιδράσεις, όπου χρησιμοποιούνται για να μετρήσουν την  Εν τούτοις οι ερευνητές στο BaBar είναι πλέον ικανοί να αποδείξουν μια διαφορά μεταξύ των διασπάσεων του Β μεσονίου και του αντισωματίου του. Μέχρι το 2006, στο BaBar είχαν καταγραφεί 1,200 παραδείγματα αυτής της ειδικής σπάνιας διάσπασης.

Μόνο με μεγαλύτερο σύνολο δεδομένων θα είμαστε σε θέση να μιλήσουμε με βεβαιότητα για αλληλεπιδράσεις που δεν εξηγούνται από τις τρέχουσες θεωρίες Άρα οδεύουμε σε μια ΝΕΑ ΦΥΣΙΚΗ.

• Με βάση τον John Seeman, (βοηθός διευθυντής του SLAC), μέχρι το 2006 μετρήθηκαν γεγονότα με

τετραπλάσιο αριθμό

από ότι είχε αρχικά προβλεφτεί στο εργοστάσιο των Β μεσονίων.

Αισιόδοξο αποτέλεσμα!!!



Αυτή η νέα έρευνα μπορεί να οδηγήσει στην ανακάλυψη νέων μορφών αλληλεπιδράσεων και νέων σωματιδίων!



Επιπλέον, οι διασπάσεις που η μορφή τους είναι σαν του πιγκουΐνου, μπορεί να οδηγήσουν στη ΝΕΑ ΦΥΣΙΚΗ ! Εξήγηση γιατί υπάρχει περισσότερη ΥΛΗ από ότι ΑΝΤΙΥΛΗ στο σύμπαν από την εποχή της Μεγάλης Έκρηξης !

Βιβλιογραφία



www.physichttp://s4u.gr/news/2006/scnews2615.html



http://www.physics4u.gr/news/2000/asymetry.html



http://147.102.192.6/POPPHYS/60/CP.html



http://www.physics4u.gr/news/2000/scnews96.html



http://www.physics4u.gr/articles/symmetry.html



http://www.google.gr/imgres?imgurl

 

Στοιχειώδη Σωμάτια, Αργύρη Νικολαΐδη, Ά Τεύχος ΑΠΘ Τμήμα Φυσικής Εισαγωγή Στην Φυσική Υψηλών Ενεργειών, Donald H. Perkins (Μετάφραση Κ.Σαρηγιάννης)



http://www.encyclopedia.com/



http://lanl.arxiv.org/find/all/1/all:+AND+cp+violation/0/1/0/all/0/1



http://www-conf.slac.stanford.edu/ssi/ssi_past.html



http://pdg.lbl.gov/



http://el.wikipedia.org/wiki/Ασθενής_αλληλεπίδραση

 

http://indico.cern.ch/getFile.py/access?resId=0&materialId=slid es&confId=57549 http://indico.cern.ch/getFile.py/access?resId=0&materialId=slid es&confId=57551

Ευχαριστώ για την

π

ροσοχή σας

!!!