International Physics Masterclasses

Εξερευνώντας και ανακαλύπτοντας με τη μάζα

Σε αυτό το κεφάλαιο θα εξοικειωθείς με τα τελικά εργαλεία που χρειάζεσαι για να ολοκληρώσεις την ερευνητική σου εργασία, πιο συγκεκριμένα με τις φυσικές μεθόδους και τις μαθηματικές τεχνικές. Με αυτά τα εργαλεία θα ανακαλύψεις ξανά το μποζόνιο Ζ, καθώς και άλλα σωματίδια, θα ψάξεις για το σωματίδιο Higgs και τέλος θα εξερευνήσεις το άγνωστο!

Η τεχνική που θα χρησιμοποιήσεις για να σιγουρευτείς ότι πράγματι ένα συγκεκριμένο σωματίδιο δημιουργήθηκε στην σύγκρουση δεν είναι μόνο η αναγνώριση των προϊόντων της διάσπασης του σωματιδίου (όπως μιόνιο-αντιμιόνιο, ηλεκτρόνιο-ποζιτρόνιο ή ζευγάρι φωτονίων), αλλά επίσης η ανακατασκευή της μάζας του σωματιδίου που διασπάται.

Βλέπεις, η μάζα είναι μία ιδιότητα του σωματιδίου η οποία, μαζί με άλλες, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό αυτού του σωματιδίου με μοναδικό τρόπο.

Για να καταλάβεις πώς να ανακατασκευάσεις τη μάζα, θα πρέπει να γνωρίζεις τι είναι το ηλεκτρονιοβόλτ (eV), τι είναι η ορμή και τι είναι το διάνυσμα. Για περισσότερες πληροφορίες κάνε κλικ στους αντίστοιχους συνδέσμους: ΜΟΝΑΔΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ, ΟΡΜΗ και ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΑ.

Θα χρησιμοποιήσουμε την εξίσωση μάζας-ενέργειας του Αϊνστάιν σε μια πιο ολοκληρωμένη μορφή καθώς και μερικούς θεμελιώδεις νόμους της Φύσης: Η ενέργεια και η ορμή διατηρούνται σε κάθε φυσική διαδικασία. Οι τιμές τους πριν και μετά την σύγκρουση παραμένουν οι ίδιες.

Στην επόμενη παράγραφο θα ερμηνεύσουμε μια πολύ χρήσιμη σχέση που μας επιτρέπει να υπολογίσουμε την μάζα του σωματιδίου που διασπάται αν γνωρίζουμε ορισμένες παραμέτρους.

Να ποια είναι η σχέση για την περίπτωση που το Z διασπάται σε e+e-:

Σε αυτήν την όμορφη εξίσωση το m0(Z) είναι η μάζα του σωματιδίου Ζ, το Ε είναι η ενέργεια και το p είναι η ορμή, και το c είναι η ταχύτητα του φωτός. Οι δείκτες e+ και e- συμβολίζουν το ηλεκτρόνιο/ποζιτρόνιο αντίστοιχα.

Και πώς θα ψάξεις για το Higgs; Επειδή, στο πλαίσιο του Καθιερωμένου Προτύπου, η πιθανότητα να διασπαστεί ένα Higgs σε ηλεκτρόνια ή μιόνια είναι μικρή, είναι καλύτερα να αναζητήσεις διασπάσεις του σε 2 φωτόνια ή σε 4 λεπτόνια.

Για την περίπτωση H→γγ, χρησιμοποίησε τον παραπάνω τύπο αντικαθιστώντας το Z με το H και τα ηλεκτρόνιο-ποζιτρόνιο με φωτόνια. Απλό!

Για την περίπτωση H→llll, χρησιμοποίησε τον τύπο αλλά αντί να έχεις 2 σωματίδια άθροισε την ενέργεια και την ορμή των 4 λεπτονίων και φυσικά αντικατάστησε το Z με το H. Δεν είναι και τόσο δύσκολο;

Πήγαινε στην επόμενη παράγραφο για να μάθεις περισσότερα!