Kerne und Teilchen. Baryonen. Moderne Experimentalphysik III Vorlesung MICHAEL FEINDT INSTITUT FÜR EXPERIMENTELLE KERNPHYSIK
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1 Kerne n Teilchen Moerne Exerimentalhyik III Vorleng 15 MICHAEL FEINDT INSTITUT FÜR EXPERIMENTELLE KERNPHYSIK Baryonen KIT Univerität e Lane Baen-Württemberg n nationale Forchngzentrm in er Helmholtz-Gemeinchaft
2 Baryonen leichte Baryonen in a,, afgebat: Nkleonen: N, Δ a, Qark (wie, n) Hyeronen: Λ, Σ, Ξ, Ω mineten 1 Qark Name N Δ Λ Σ Ξ Ω Ioin I 1/2 3/ /2 0 Strangene S Zahl - Qark Nomenklatr bei chweren Baryonen (eretze ein rch c/b) z.b.: Λ c c Ξ b b Inex c Inex b Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15
3 Baryon Erzegng: Formationexerimente Formation: a b R c Proktion: a b R X c X Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng Δ π π Σ K K 0 0 K Λ π aoziierte Proktion i i i i R E m! m a Strahleigen- chaften betimmbar m a invarianter Mae er Zerfallrokte c n betimmbar exkliv ð inkliv ð Δ ++ Λ 0, Σ 0 Δ ++, Λ 0, Σ 0 : Reonanzen
4 Baryonen - Mltilett Grnztäne: hier nr für q,, : L 0 keine Raialanregng ψ total ξ Ort ς Flavor χ Sin φ Farbe Baryonen Fermionen ó ψ total it antiymmetrich nter Atach von Qark χ Sin : ð Geamtin 1/2 oer 3/2 Deklett: ð J P 3/2 + L0 Farbwellenfnktion χ Sin ymmetrich ξ Ort ymmetrich ζ Flavor ymmetrich Φ Farbe total antiymmetrich φ Farbe 1 6 α r, g, b β r, g, b γ r, g, b ε αβγ q α q β q γ Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15
5 Baryon - Deklett 10 verchieene 3-Qark Ztäne mit J P 3/2 + n total antiymm. Wellenfkt: Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15 Ω Ξ Ξ Σ Σ Σ Δ Δ Δ Δ Wellenfnktion it in Wirklichkeit ymmetriiert: { } + + Δ SU(6) Symmetrie SU(3) Flavor V SU(2) Sin
6 Baryon Maen Mae: J3/2 größer al J1/2 Jee Qark trägt z höherer Mae bei Strangene Ioin Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15 Qelle: Povh, Teilchen n Kerne
7 Baryon Maen Maen: Mae wächt mit Strangene an (größere -Qark Mae) Maen er 3/2 + Baryonen ca 300 MeV höher al ie er 1/2 + (Sin Sin Wechelwirkng) M m i + Δ M SS Smme er Qark-Maen Magnetiche Momente: nktförmige Sin - ½ Teilchen: µ e Dirac! 2M okay für e.m. Für trktrloe Proton erwarte: µ e N! 2M µ Meng: Hinwei af Sbtrktr µ N i Sin-Sin Term Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15
8 Magnetiche Momente im Qarkmoell mit L0: Smme er magn. Momente er Kontitenten Qark: ψ it total antiymmetriche Qark Wellenfnktion e Proton mit µ -2 µ (für m m ) gilt: µ 3/2 µ µ n - µ µ Λ µ Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15 ψ µ ψ µ µ µ µ µ µ!!!!!! + + m e z,,, 2! µ ), ( (1,0) ), ( 1,1) ( χ χ χ χ ψ Clebch Goran Koeffizienten für µ µ µ µ µ ) ( + + analog: µ n 4/3 µ 1/3 µ
9 Mengen magneticher Momente Hyeronen (z.b. Λ) weren olariiert erzegt (Polariierng enkrecht zr Erzegngebene it ie einzige Möglichkeit, ohne P z verletzen) Schwacher Zerfall verletzt Parität, aher Polariation beim Zerfall meßbar: Λ 0 π : + Λ K : K W ( θ) α 1+ α coθ 0.64 (a Interferenz zwichen L0 n L1 Amlite) ð Protonen weren hatächlich in Richtng e Λ Sin emittiert Magnet Meng e Drehwinkel φ ð µ betimmbar Target Λ S 1 Sin enkrecht zr Proktionebene Magnet Präzeion e Sin im Magnetfel mit Larmorfreqenz ω L ω L " " µ B! Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15
10 Mengen magneticher Momente -2- Ex. µ / µ N Qark Moell µ / µ N ± (4 µ - µ ) / 3 ð µ 336 MeV n ± (4 µ - µ ) / 3 ð µ 336 MeV Λ ± µ ð µ 510 MeV Σ ± (4 µ - µ ) / Ξ ± (4 µ - µ ) / Ω - - 2,02 ± µ gte Übereintimmng mit Qark Moell mit Kontitenten Maen gte Übereintimmng mit Sektrokoie Daten Kontitenten-Qark Crrent-Qark + Glon + See-Qark Wolke 5 MeV 330 MeV Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15
11 Schwere Baryonen 2c Flavor SU(4) :,,, c Qark 1c 3c 0c leichte Oktett 2c 1c leichte Deklett 0c analog für b Baryonen Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15
12 Weitere Haronen?! Meonen q q Baryonen q q q Antibaryonen q q q QCD: jeer farbloe Ztan kann exitieren (SU(3) Grentheorie) ð ach Î "Gleball" "Hybrie" "Tetraqark" "Pentaqark" + Î Î : g g : q q q Meonen Baryonen : q q q q : q q q q q Î +... Î Î +... Î Î Î +... Î Î Î Î Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15
13 "Exotiche Haronen" "Exotiche Haronen" in nicht 100%ig etabliert. Kaniaten in: Gleball (-komonente in) : f 0 (1530) Exitenz exerimentell einetig geichert, aber Interretation nicht (Michng?) Vier Qark Ztäne: f 0 (980), a 0 (980) q q Ztäne, oer KK Moleküle, oer och nr Meonen mit tarker Kolng an KK Zerfallkanal? X (3870) Belle, CPF (EKP) : D*D Molekül? Pentaqark: von >9 Exerimenten "geehen", von vielen nicht PDG 2004: é é é Stat aber ich glabe a nicht. Siehe ach Kommentar in PDG JLAB 2005: Ex. wieerholt mit viel höherer Statitik: kein Signal! Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15
14 Ω - Baryon Strangene Zerfallkakae htt://heweb.r1.ac.k/ukic/image/pow/1998/ b.jg Erzegng: K Ω K + 0 Ξ π Λ K τ τ τ tarke WW 0 0 π, Zerfallkakae: chwache WW, ein Qark nach em aneren mwaneln π Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15
15 Enteckng e Ω - Baryon () htt://teacher.web.cern.ch/archiv/hst2002/bbblech/omega-icovery_2.ng 1964: Betätigng er Vorherage e SU(3) Qark Moell von Gell-Mann n Neeman Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15
16 Exitieren Pentaqark? Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15
17 Exitieren Pentaqark? Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15
18 Exitieren Pentaqark? Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15
19 Aber Welche Mae? Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15
20 Viele negative Schen Trotz inteniver Sche nicht gefnen in großen Exerimenten: ALEPH, DELPHI, L3, OPAL, CDF, BELLE, BABAR, BES, H1 im ZEUS-Kanal, ZEUS im H1-Kanal (z.t. aber große Signale für etablierte Ztäne) Achtng Baye-Theorem: Prior-Wahrcheinlichkeit hat ich geänert! Früher hätte man ich in exotichen Kanälen ehr icher ein müen, a e ich nicht m eine tatitiche Flktation hanelt. Für Pentaqark gibt e ehr viele nee Kanäle, Maen nicht bekannt: Kombinatorik! Meine Meinng: ehr kritich! P_bjektiv(Pentaqark exitiert) < 50% P_bjektiv(alle behateten Pentaqark exitieren) < 1% Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15
21 CLAS 2006: Extra-Hochtatitik Exeriment: finet a Theta nicht mehr... Pentaqark o gt wie tot Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15
22 B-Fabriken Belle, BaBar n CDF II finen aber nee exotiche Teilchen X,Y,Z... Mittlerweile viele..zig igma Signifikanz (wichtige Beiträge a nerer Gre) Interretation: 4-Qark-Ztäne: c cqer q qqer oer DD-Moleküle b bqer q qqer BB-Moleküle e gibt etwa jeneit von Meonen n Baryonen Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15
23 Die Unicherheit geht weiter... DIANA 2013 : 5.5 igma Exitiert a Pentaqark och? Michael Feint & Thoma Khr, Moerne Phyik III, Vorleng 15
Kerne und Teilchen. Baryonen. Moderne Experimentalphysik III Vorlesung 15. MICHAEL FEINDT INSTITUT FÜR EXPERIMENTELLE KERNPHYSIK
Kerne n Teilchen Moerne Exerimentalhyik III Vorleng 15 MICHAEL FEINDT INSTITUT FÜR EXPERIMENTELLE KERNPHYSIK Baryonen KIT Univerität e Lane Baen-Württemberg n nationale Forchngzentrm in er Helmholtz-Gemeinchaft
Isospin. N N I I 3 Q pp nn Triplet pp np Singulet I 3 Q B
Isospin Isospinarstelleng er Nkleonen: p = I = 1 2, I = + 1 2 n = I = 1 2, I = 1 2 Gekoppelte Nkleon Nkleon Systeme: N N I I Q pp 1 +1 +2 nn 1 1 0 Triplet pp 1 0 +2 np 0 0 +1 Singlet Allgemein gilt für
Schwache Wechselwirkung
Kerne n Teilchen Moerne Experimentalphyik III Vorlen 10 MICHAEL FEINDT INSTITUT FÜR EXPERIMENTELLE KERNPHYSIK Schwache Wechelwirkn KIT Univerität e Lane Baen-Württember n nationale Forchnzentrm in er Helmholtz-Gemeinchaft
κ Κα π Κ α α Κ Α
κ Κα π Κ α α Κ Α Ζ Μ Κ κ Ε Φ π Α Γ Κ Μ Ν Ξ λ Γ Ξ Ν Μ Ν Ξ Ξ Τ κ ζ Ν Ν ψ Υ α α α Κ α π α ψ Κ α α α α α Α Κ Ε α α α α α α α Α α α α α η Ε α α α Ξ α α Γ Α Κ Κ Κ Ε λ Ε Ν Ε θ Ξ κ Ε Ν Κ Μ Ν Τ μ Υ Γ φ Ε Κ Τ θ
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P m d2 x dt 2 = K( x), m δ ij d 2 x j dt 2 = K i. C W C = C K i dx i δ ij δ ij λδ ij, m m λ d v dt K BA = K AB R 4 E 3 R Σ Σ x = R x a, R T R = I, R... E 3 T 1, 3 + 3 + 1 = 7 E 3 = O 3 T 3,... E 3 O 3
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