Piękny SpinAgnieszka Ilnicka

Opieka: dr Joanna Kirylukprof. Barbara Badełek

Krótka historia spinu: Koncepcja Uhlenbecka - Goudsmitha Eksperyment Sterna – Gerlacha

Plan prezentacji:

Współczesne eksperymenty spinowe: Spin jako laboratorium do odkrywania fizyki poza

Modelem Standardowym - eksperyment g-2 w BNL

Problem ze spinem nukleonu – eksperyment COMPASS

Wykorzystanie spinu do mierzenia trudno otrzymywalnych wielkości – pomiary formfaktorów protonu w JLab

Przedstawiona w 1925 Próba zrozumienia anormalnego efektu Zeemana Wprowadzili pojęcie spinu do fizyki – jako

wewnętrznego momentu pędu elektronu

Koncepcja Uhlenbecka - Goudsmitha

‚This is a good idea. Your idea may be wrong, but since both of you are so young without any reputation, you would not lose anything by making a stupid mistake’

P.Ehrenfest

Uhlenbeck, Kramers i Goudsmit

Dobry eksperyment poparty złą teorią Przeprowadzony w 1921 Miał ostatecznie rozstrzygnąc między klasyczną i

kwantową koncepcją Eksperyment w którym „objawił się” spin

Eksperyment Sterna - Gerlacha

Au = [Kr]5

Eksperyment Sterna - Gerlacha

Wyniki z 1922 roku, z poprawionej aparatury. Widać w minimum po środku, a więc wiązka uległa rozszczepieniu!

Eksperymenty współczesne

Pomiar ładunku słabego elektronu (SLAC E158) i protonu (JLab Qweak)

Eksperymenty z elektrycznym dipolowym momentem neutronu (LANSCE)

Mionowy eksperyment g-2 w BNL

Odkrywanie fizyki poza Modelem Standardowym przy pomocy spinu

Eksperyment g-2 w BNL

𝑎=𝑔−22

=(QED)+(weak)+(had)

(SM)=11659180(8)~α/(2π) ~10-6 QED

QED weak

had

~5•10-5 QED

Poza SM

~10-6 QED

Eksperyment g-2 w BNL

Eksperyment g-2 w BNL

Eksperyment g-2 w BNL

Zwiększenie liczby zebranych przypadków Nowe zakrzywiające magnesy nadprzewodzące i osłony Instalacja magnesu maskującego tło od AGS Pozbycie się komplikacji związanych z koherentną oscylacją

betatronową (CBO)

Eksperyment g-2 w BNL

(SM)=11659180(8)(exp)=11656208(6)

1933 – zmierzony moment magnetyczny protonu: Eksperymenty niespolaryzowane DIS Nukleon ma wewnętrzną strukturę! Momenty magnetyczne kwarków walencyjnych

sumują się do barionowych A jak jest ze spinem?

Problem ze spinem nukleonu

Kryzys spinowy!

Problem ze spinem nukleonu

Skąd się może wziąć spin nukleonu? Kwarki (walencyjne i morza) Gluony Moment orbitalny (kwarków i gluonów)

Problem ze spinem nukleonu

EMC/SMC~20%

SMC/RHIC/COMPASSmało

Jak zmierzyć?

EMC () SMC (, G) COMPASS (, G) HERMES (DESY) (, G) E142, E143, E154, E155 (SLAC) () RHIC (BNL) (G)

Eksperymenty badające spin nukleonu:

CERN

Spolaryzowane rozpraszanie głęboko nieelastyczne mionu na nukleonie:

Eksperyment EMC/SMC/COMPASS

μ(k) μ’(k’)

γ*(q)

q(xP)

p(P) X

Pomiar asymetrii:

NNNNA

N SSt

exp

∆ Σ

Eksperyment SMC/COMPASS

X

Spolaryzowane rozpraszanie głęboko nieelastyczne mionów na nukleonie – zbierane informacje w koincydencji z innym zdarzeniem.

𝜇𝑁→𝜇 ′ +h𝑎𝑑 (𝑐 )+𝑋ccpTB

cccc

cccc fDAPPNNNNA

exp

GGA XccN

XccNccp

𝜇𝑁→𝜇 ′ +h+¿h− (𝑝𝑇 )+ 𝑋 ¿

GSMC/HERMES/

COMPASS

COMPASS

PGF

Układ eksperymentalny:

Eksperyment EMC/SMC/COMPASS

Wiązka μ130cm

3cm𝑆𝜇

Polaryzacja: P=0% P=90%

DNP

Spolaryzowana tarcza

Jak się tworzy spolaryzowaną tarczę? Metoda dynamicznej polaryzacji jądrowej (DNP)

Eksperyment COMPASS

Eksperyment COMPASS

Identyfikacja produktów rozpadów cięzkich kwarkówD0→πK D* → D0 π → π π K Odtwarzanie kinematyki rozproszonych mionów

Eksperyment COMPASS

Wkład kwartów s do elektromagnetycznych formfaktorów nukleonów (JLab)

Gęstość neutronów w cięzkich jądrach Pomiar iloczynu formfaktorów protonu (JLab)

Wykorzystanie spinu do mierzenia trudno otrzymywalnych wielkości

Pomiar iloczynu formfaktorów za pomocą przenoszenia polaryzacji:

Pomiar iloczynu formfaktorów za pomocą przenoszenia polaryzacji:

Formfaktor – transformata Fouriera rozkładu ładunku lub magnetyzowalności

Można przybliżać formfaktorem dipolowym:

Pomiar iloczynu formfaktorów za pomocą przenoszenia polaryzacji:

Rozpraszanie elastyczne

Pomiar iloczynu formfaktorów za pomocą przenoszenia polaryzacji:

(E,k )

e’ (E’,k’ )

γ (ν,q )

p(M )

()�⃗� 𝒑→𝒆 �⃗�

Co mierzy się w eksperymencie? Przekrój czynny (σ) Składowe polaryzacji wybitych protonów(Pl, Pt )

Pomiar iloczynu formfaktorów za pomocą przenoszenia polaryzacji:

𝐺𝐸

𝐺𝑀∝𝑃𝑡

𝑃 𝑙

Pomiar iloczynu formfaktorów za pomocą przenoszenia polaryzacji:

Rozkład ładunku oraz magnetyzowalności w protonie znacznie się różni!

Wiele eksperymentów spinowych Badanie spinu samego w sobie Wykorzystywanie spinu do badania

właściwości materii i testowania modeli teoretycznych

Podsumowanie:

Dziękuję za uwagę!

Pomiar iloczynu formfaktorów za pomocą przenoszenia polaryzacji:

~σ