Theorie der Schwachen WechselwirkungExperimenteller Nachweis der Vektorbosonen

VektorbosonenUlrich Bengs

05.06.2013

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Theorie der Schwachen WechselwirkungExperimenteller Nachweis der Vektorbosonen

Übersicht

1 Theorie der Schwachen WechselwirkungGeschichteElektroschwache Vereinigung

2 Experimenteller Nachweis der VektorbosonenStochastische KühlungDetektor UA1Ergebnisse

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Theorie der Schwachen WechselwirkungExperimenteller Nachweis der Vektorbosonen

GeschichteElektroschwache Vereinigung

Geschichte

1896: Entdeckung der Radioaktivität

1933: Erste Theorie durch Fermi

1938: Oskar Klein: Austauschteilchen

1956/57: Paritätsverletzung

1958: V − A-Theorie

1967: Elektroschwache Vereinigung

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GeschichteElektroschwache Vereinigung

Nobelpreis 1979

Abbildung: S. L. Glashow, A. Salam, S. Weinberg

”...for their contributions to the theory of the unified weak andelectromagnetic interaction between elementary particles,including, inter alia, the prediction of the weak neutral current."

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GeschichteElektroschwache Vereinigung

Elektroschwache Vereinigung

Vermittlung der WW durch W±

Reichweite 10−3fm⇒ mW c2 ≈ ~c

R ≈ 100GeV

Außerdem: Austausch neutraler Ströme durch Z 0

Feynmangraphen von Z 0 und γ sehen gleich aus→ Zusammenhang?

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GeschichteElektroschwache Vereinigung

Elektroschwache Vereinigung

Zuordnung neuer Quantenzahlen T ,Tz und gT = 1 für

|W 0〉, Tz = 0

|W +〉 >, Tz = +1

|W −〉 , Tz = −1

T = 0 für |B0〉 mit Tz = 0

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GeschichteElektroschwache Vereinigung

Betrachte |γ〉 und |Z 0〉 als untersch. Linearkomb. von |W 0〉 und|B0〉!

|γ 〉 =A[

g |B0〉+ g ′ |W 0〉]

|Z 0〉 =A[−g ′ |B0〉+ g |W 0〉

]oder als Matrix(

|γ 〉|Z 0〉

)=

(cos θW sin θW− sin θW cos θW

)(|B0〉|W 0〉

)und

A = (g2 + g ′2)−12 , e = g sin θW , tan θW =

g ′

g≈ 0.55

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Stochastische KühlungDetektor UA1Ergebnisse

Wie beobachtet man dieAustauschteilchen?

nicht direkt sichtbar im β-Zerfall, virtuelle Teilchen

Lebensdauer ∆t ≈ 10−26s

→ Teilchenbeschleuniger

am einfachsten: e+e−-Kollision

Problem: LEP existierte damals noch nicht

Alternative: pp̄-Kollision

wie stellt man energiescharfe Antiprotonen her?

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Stochastische KühlungDetektor UA1Ergebnisse

Stochastische Kühlung

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Stochastische KühlungDetektor UA1Ergebnisse

UA1

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UA1

6.8m lang, 2.3m Durchmesser

gefüllt mit Argon-Ethan-Gasgemisch

Magnetfeld liegt an

Kalorimeter speziell für Elektronen und Photonen gefolgtvon Kalorimetern für Hadronen

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Stochastische KühlungDetektor UA1Ergebnisse

UA1

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SPS

[5]

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W -Detektion

einfachster Zerfallskanal: p + p̄ →W + + X , W + → e+νe

Neutrino Detektion sehr unwahrscheinlich

Positron mit Transversalimpuls messbar→ Gegenstückwegen Impulserhaltung nötig!

Transversalimpuls ist höchstens 12mW +c

MW ± = 80.9± 1.5GeV /c2

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Stochastische KühlungDetektor UA1Ergebnisse

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Z 0-Detektion

Suche nach p + p̄ → Z 0 + X , Z 0 → e+e− oder µ−µ+

tritt sehr selten auf

für me−e+ : mZ 0 = 95.6± 1.4GeV /c2

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Stochastische KühlungDetektor UA1Ergebnisse

[4]

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Stochastische KühlungDetektor UA1Ergebnisse

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Stochastische KühlungDetektor UA1Ergebnisse

Nobelpreis 1984

Abbildung: Carlo Rubbia, Simon van der Meer

”...for their decisive contributions to the large project, which ledto the discovery of the field particles W and Z, communicatorsof weak interaction"

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Stochastische KühlungDetektor UA1Ergebnisse

Quellen

[1 ] http://home.web.cern.ch/about/engineering/stochastic-cooling

[2 ] http://commons.wikimedia.org/wiki/File:UA1.jpg

[3 ] http://www.particlephysics.ac.uk/news/picture-of-the-week/picture-archive/the-first-z-particle.html

[4 ] http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1984/rubbia-lecture.pdf

[5 ] http://home.web.cern.ch/about/accelerators/super-proton-synchrotron

http://www.physik.uni-bielefeld.de/~yorks/pro13/v12.pdf

http://home.web.cern.ch/about/engineering/stochastic-cooling

http://home.web.cern.ch/about/experiments/ua1

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