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1
Die Entdeckung des Omega-
Von Nadine Gröner
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2
Back to the 1960‘s…
„Wir befinden uns im Jahr 1964 n. Chr. Die ganze Welt ist von den Hippies besetzt. Die ganze Welt? Nein! Ein von unbeugsamen Physiker bevölkertes Labor hört nicht auf, den Eindringlingen Widerstand zu leisten…“
frei nach R.Goscinny & A.Uderzo
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Wo?
BNL = Brookhaven National Laboratory US-amerikanisches Forschungszentrum ’47 gegründet altes Armeegelände auf Long Island
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4
Kurze Übersicht
Systematik des Teilchenzoos Symmetrie!
Technische Komponenten AGS Blasenkammer
Entdeckung des Ω-
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5
bekannte Quantenzahlen
Einige bekannte Teilchen: K+ Δ0 π+ Δ++ Σ- Ξ*0 Σ0 Δ+ η n Ξ- K0 Ξ0 K- Λ Σ+ π0 p π- Σ*- Δ- Σ*0 Σ*+ Ξ*-
„Eigenschaften“: Spin Parität Strangeness Hyperladung Baryonenzahl…
Keine Quark-Strukturen!
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Der Weg aus dem Teilchenchaos
Versuch einer Ordnung Gell-Mann & Ne‘eman:
=> “The Eightfold Way“ => SU(3)-Gruppe
Entstehung von Multiplets teilen 2 gleiche Quantenzahlen
Parität & Spin
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7
„Eightfold Way“: SU(3)
Idee: für n & p: (1) mProton≈ mNeutron
(2) invariant unter starker WW
=> 2 Isospin-Zustände eines Teilchens:
21,
21 −=n
21,
21=p
Einbinden der Strangeness:Hyperladung Y=S+B=2(Q-I3)
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8
SU(3): Mesonen
Zustand S=0
I3=(-1/2)+(-1/2)=-1
Zustand S=+1 I3=1/2
?
3 3
33 ⊗
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9
I3=0,S=0 – Zustände
33 ⊗
+
−
−+⋅= SSNC C 2
121
21
21
C: S=0 I3=[1/2+(-1/2)]+[(-1/2)+1/2]=0
„freier“ Singulett-Zustand
−
−−=
21
21
21
21
ANA
−
−
−+= SSNB B 2
21
21
21
21
A: S=0 I=1 I3=0
Mitglied des I=1 – Tripletts
B: S=0 I=0 I3=0
Mitglied des I=0 – Singuletts
1833: ⊕=⊗Mesonen
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10
SU(3): Baryonen
A=NA[(1/2)(-1/2)+(-1/2)(1/2)]
B=NB[(1/2)(-1/2)-(-1/2)(1/2)]
33 ⊗
3633 ⊕=⊗
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11
SU(3): Baryonen
[ ] [ ] [ ] [ ]3336336333 ⊗⊕⊗=⊗⊕=⊗⊗ 33=27 Möglichkeiten
81036 ⊕=⊗
1833 ⊕=⊗
18810333: ⊕⊕⊕=⊗⊗Baryonen
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Die Oktetts
Meson-Oktett Baryon-OktettJP=0- JP=1/2+
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Baryon-Decouplet JP=3/2+
noch nicht entdeckt!
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Eigenschaften des Ω-
I = 0 & I3=0 Spin & Parität (3/2)+
Baryonenzahl B=+1 Hyperladung Y=-2 Strangeness S=-3 m ≈ 1680 MeV/c2
nur Vorhersage!
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Produktion von S=-3
Strangeness-Erhaltung: nur in starker WW Strangeness-Produktion: nur in starker WW ΔS=0 - Produktion möglich!
p + N(S=0) -> ..."" +KKS=-1 S=1
N -> Ω- + …S=-3 S=2
Schwerpunktsenergie:
baCMS EEECollider +=:
aCMS mEEettfixed 2:arg =
HOCHENERGIE
=> ≈ 3GeV Kaon-Strahl
Beschleuniger
(AGS)
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Proton-Synchrotron AGS
Vorbeschleuniger: Cockcroft-Walton-Generator: 0,8MeV LINAC: 50MeV
AGS: Beschleunigung: HF-Stationen Vakuumröhren: 240 Magnete 33GeV Protonen=> hochenerget. Beschleuniger
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Alternating Gradient Synchrotron
Bisher: Cosmotron 3,3 GeV Protonen
Doch: 10mal Energie = 100mal Stahl
2*108 kg Gewicht
Lösung: “strong-focusing principle
of propelling protons“ von Courant, Livingston, Snyder
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Starke Fokussierung
radiale Fokussierung vertikale Fokussierung
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Daten zum AGS
Juli 1960: 33GeV Protonen Bis 1968 höchstenergetischer Beschleuniger Durchmesser: 250m 3*108 Protonen pro Puls
Heute: Vorbeschleuniger für RHIC
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Kaon-Selektion
Konvertierung p -> K Beschuss auf fixed target
Selektion der Teilchen Magnetfeld: Impuls & Ladung Fokussierung Elektrisches Feld: Masse Fokussierung
-> erreichen Blasenkammer 5GeV Kaonstrahl 10-20 Kaons pro Sekunde
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Blasenkammer bisher:
Tropfenspur in Nebelkammer fl. Target dichter als Gas
besserer Nachweis
Donald A. Glaser: Erfindung: 1952 Nobelpreis: 1960
BNL: 80‘‘-Bubblechamber 1000l fl. Wasserstoff 1. Fotografie 1963
größter Detektor
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Aufbau einer BC Kammer
–240°C fl. Wasserstoff
Kolben: 150kg, d=90cm, h=81cm Temperaturabfall
Starkes Magnetfeld Ablenkung der Teilchen
GlasfensterBelichtung & Fotographie
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Funktionsweise
Prinzip der überhitzten Flüssigkeit knapp unter Siedepunkt Druckabsenkung -> Siedetemperatur fällt -> instabiler Zustand
Kolbenbewegung Belüftung oberhalb: Druckdifferenz Bewegung: 1cm Kammervolumen: +0,5% 1 Aufnahme pro s möglich
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Enormer Aufwand
Genaues Timing „Einheitliche“ Blasen Kontrolle
Temperatur Magnetfeld
Spur genau messen auf 1tausendstel pro inch
Gute Optik
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Foto: 80‘‘ Blasenkammer
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Kammer
Glasfenster
Blitz & Kamera
Magnet
Kolben
Expansionssystem
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Blasenkammer-Event: Ω-
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Spurenanalyse (1) Blasendichte ~ dE/dx Bethe-Bloch-Formel: dE/dx (p)
charakteristisch für Teilchen
2 Kameras = 3dim Teilchenspur!
Ablenkung im Magnetfeld:
][3,0][
][:TBq
GeVpmRNäherung t
⋅⋅=
RLmit
RLS ≈⋅
= θ8
2
][8][][3,0][
22
mSmLTBqGeVpt ⋅
⋅⋅⋅=
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29
Spurenanalyse (2) Neutrale Teilchen?
invariante Masse!
Teilchenbahnen verlängern Schneiden sich genau auf wenigen mm!
αcos22 2122
22
21
21
22
21
2 ⋅−++⋅++= pppmpmmmM
=
pE
P4
224 MP =
222 mpE +=
2,41,422,4
21,4
22,41,4 2)( PPPPPP ++=+
21212,41,4 ppEEPP ⋅−⋅=⋅
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30
Spurenanalyse (3)
K+
π- + p -> Λ0
γ + γ -> π0 π0 + Λ0 -> Ξ0
Ξ0 + π- -> ? m = 1686 MeV/c2 < mK
ΔS=1 Zerfall -> S=-2 System τ = 0,7*10-10s -> S=-3
Δm -> K0
Ω- entdeckt!
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31http://www.time.com/time/magazine/article/0,9171,873833,00.html
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32
Vielen herzlichen Dank!
BNL-Homepage zum Omega:http://www.bnl.gov/bnlweb/history/Omega-minus.as
Jetzt bleibt nur noch eines zu tun: