deep˜field - osaka universityhosaka/thooftpublic.pdf · gerard ‘t hooft. deep˜field. planets....
TRANSCRIPT
-
Title
udu ud
c cdc s
s
t tsb tb b
e
eν
µ
µν
ττνOsaka
October��2,��2002
in the
Gerard ‘t Hooft
-
Deep�Field
-
planets
-
atomic�nucleus
Atomic Nucleus
electron
11��Fermi�� ��Angstrom100.0001��� ��cm
10.000.000.000.000
=
=
1��Angstrom�� ��1��� ��cm
100.000.000.
=
-
atomic�nucleusb
Atomic Nucleus
Proton
NeutronQuarks
-
anti-leptons
photon γ Leptons−µ
eν−e
µν
anti-baryons
mesonsoπππ ��������−+
SL KKKK
������������ −+
η
baryons
anti-Ω
−
−+
+
ΞΞΣΣΣ
Λ
������������
������������
o
o
NP
−Ω
Hadrons
21��spin =sp in�� 1=
0spin��=
21��spin =
23��spin =
1969
-
DESY, Hamburg
-
Particle detector
atCERN
-
CERN
SpS &
LEP
*����������������������������������������������������������**���������������������������������������������������������**�����������������������������������������������**������������������������������������������������������*
*��������������������������������������**�������������������**���*
*��������������������������������������������������������**�����������������������������������������������������**�������������������������������������������������*��*������������������������������������������*
*�����������������������������������**����������������������������**�������������������**����������**��**��**����������**�������������������**����������������������������**�����������������������������������**������������������������������������������**�������������������������������������������������*��*�����������������������������������������������������**��������������������������������������������������������*
*����������������������������������������������������������**���������������������������������������������������������**������������������������������������������������������**�����������������������������������������������**��������������������������������������**�������������������**����*
*����������������������������������������������������������**���������������������������������������������������������**�����������������������������������������������**������������������������������������������������������*
*��������������������������������������**�������������������**���*
*��������������������������������������������������������**�����������������������������������������������������**�������������������������������������������������*��*������������������������������������������*
*�����������������������������������**����������������������������**�������������������**����������**��**��**����������**�������������������**����������������������������**�����������������������������������**������������������������������������������**�������������������������������������������������*��*�����������������������������������������������������**��������������������������������������������������������*
*����������������������������������������������������������**���������������������������������������������������������**������������������������������������������������������**�����������������������������������������������**��������������������������������������**�������������������**����*LHC
(Large Hadron Collider)
-
the�forcesthe ELECTRO MAGNETIC force
the STRONG force
the WEAK force
Forces:
Known from experiment
-
Electro Magnetic Interactionbetween electrically charged particles
by photon exchange
photon γ
PP PP
PPPP
-
The Yang-Mills Field
C.N. Yang and R.L. Mills, 1954
-
C.N. Yang and R.L. Mills, 1954
The Yang-Mills Field
-
proton neutron
Yang - Mills quanta
-o
-
+
o
o+
+ o
Yang-Mills:Electro-magnetism:
-
Anti Neutrino
Just as planets and tennis balls,elementary particles may have ...
Spin !
Neutrino
And, neutrinos only rotate in one direction !
-
MultipletsAccording to the Yang-Mills-theory
P N
+π oπ −π
+A oA −A
Nucleons
pions
Yang-Millsbosons
21spin��=
0spin��=
1spin��=
-
St. Weinberg
S.L. Glashow
A. Salam
-
Weinberg��Model
−µ−e1 ��2 RIGHTspin��=
+WoZ−W
γ
1spin��=
Weinberg’s lepton model
Leptons Gauge bosons
0Hspin� 0=
Higgs
−µ
µνeν−e
1 ��2 LEFTspin��=
µ+µνeν
e+
1 ��2 RIGHTspin��=
µ+e+
1 �2 LEFTspin��=
Anti –Leptons
-
Proton Lambda Antiproton
Pi-plus Pi-zero
The hadronic particles …
-
The Yang-Mills Colour Field
Quantum Chromo Dynamics
-
Flavor changing neutral currents
{0LK •s d
0Zµ+
µ−
d
ud s
-
The Charm proposal(Glashow, Iliopoulos, Majani)
ud
{0LK •s 0Z
µ+
µ−
d
s
cs
4��MeV8��MeV
1500��MeV180��MeV
-
The GIM Mechanism
{0LKs d
0Zµ +
d
µ −
µ +
{0LKs 0Z
µ −
d
s
•
•
+
_
0
-
{� /J ψc
γ e+
e−
c
�� /J ψThe
..�����.�� /J ψ π
±.
-
Quark speciesquarks
s
udu ud d
s s
Antiquarks
c c c
u
d
s
u u
d d
s s
updown
c c c charmstrange
tb
t tb b
tb
ttb b
topbottom
weak
strong
-
Graviton
Generation I Generation IIThe Standard Model
Gauge Bosons
0Z γW −W +
g�������
c cc
Higgs
Generation III
b b
tt t
b
τν τLeptons µµνeeν
Quarks ud ssduu
sd
>>>
-
Total cross sectionsCESR
DORIS
PEPPETRA
TRISTAN
hadronse e+ − →
e e γγ+ − →
e e µ µ+ − + −→
-
Gravitation
The fourth force:
Earth
-
A brief history of the Universe
32
28
26
1
43 19
35 1
5
13
12
9
5
3
33
27
8
10
11
6
1 13
8
10 sec 10 GeV10 sec 10 GeV10 sec 10 GeV0.0001 sec 100 GeV1 sec 1 GeV0.1 msec 100 MeV10 sec
10 cm10 cm1 cm10 km10 km10 km0.
10 K10 K10 K10 K10 K10 K3 101 ly
1 ly300 keV
15 min 30 keV10 000 yr
K3 10 K
10 ly
µµ
− −
−−
−
⋅⋅
7
110 -0 4
2 eV300 000 yr 0.35 eV10 yr
10 ly10 ly
20 000 K350
100 K
eV 3 K
Time "Size" Energy/part. Temperature Era
PlanckGrand UnificationInflation >>DesertQuarks + LeptonsHadronsLeptonsNucleosynthesisRadiationPlasmaMatter
-
details��COBE
-
theory�COBE
-
Utrecht University
The End
-
spontaneous�symm�breakingSpontaneous��symmetry��breaking(Brout,��Englert,��Higgs,��Kibble,��1964)
-
e−
e−eν
LEFT RIGHT
ru gu bu
rd gd bd
ru gu bu
rd gd bd e−eν
SU(3) SU(2)� U(1)Further��unification
SU(4) SU(2)� SU(2)
ru gu bu ru gu bu
rd gd bd rd gd bde−eν eν
-
GUT
GRAND��UNIFICATIONrs
bs
bc gcrc
rsgs
bs
rcgc
bcµ + µ −
rsgs
bsrcgcbc
gcrc
bc
rsgs
bsµ −µ +
µνII µνµν
µν
gs
rdgd
bd
bu guru
rdgd
bd
rdgd
bd
rugu
burugubu
buguru rd
gd
bde + e +e −
eν eνe −
LEFT RIGHT
I
III
eνeν
rbgb
bbrtgtbt rt
gt
bt
rbgb
bbτ + τ −
τντν
rbgb
bb
bt gt
rtrbgb
bb
rtgt
btτ + τ −
τντν
-
eνLEFT RIGHT
Further��unificationSU(4) SU(2) SU(2)
ru gu bu eν ru gu bu
SO(10)
rd gd bde−e−
e+rd gd bdeνru gu bu
rd gd bd
SO(4)�=SU(2) SU(2)
SO(6)�=�SU(4)
rd gd bd e+
ru gu bu eν
-
II3��generations
, ,u d e
IIII , ,c s µ
IIIIII , ,t b τ
-
Super��Symmetry-1�-½ 0���½ 1
1������11������1
1������11������1
1������2������11������2������1
1������2������1
1������4������6������4������1
1������11������1
1������2������1 1������2������1
1������4������6������4������11������4������6������4������1
1������8����28�����56����70����56����28�����8������1
N�=�1
N =�2
N =�4
N�=�1
N =�2
N =�4
N =�8
SUSY
SUGRA
-2��-1½ 1½ 2 Spin��aroundz-axis