Κβαντικά Συστήματα Πολλών Καταστάσεων: Ταλαντώσεις Καονίων-Αντικαονίων και η Παραβίαση της Συμμετρίας CP στις Αλληλεπιδράσεις των Κουάρκς

Quantum Systems of Many States: Kaon-Antikaon Oscillations & CP Symmetry Violation in Quark Interactions (Αγγλική)

  1. MSc thesis
  2. Σκουλαριώτη, Ελένη
  3. Μεταπτυχιακή Ειδίκευση Καθηγητών των Φυσικών Επιστημών (ΚΦΕ)
  4. 25 Σεπτεμβρίου 2022 [2022-09-25]
  5. Ελληνικά
  6. 88
  7. Τζαμαρίας, Σπυρίδων
  8. Τζαμαρίας, Σπυρίδων | Τσιριγώτης, Απόστολος
  9. κβαντικά συστήματα δύο καταστάσεων | two-state quantum systems | ταλαντώσεις καονίων | kaon oscillations | παραβίαση της CP | CP violation | ουδέτερα Κ-μεσόνια | neutral K-mesons | αδρονικές διασπάσεις | hadronic decays | Μείξη καονίου-αντικαονίου
  10. 1
  11. 20
  12. Περιέχει: πίνακες, σχήματα, εικόνα
    • Το σύστημα των ουδέτερων καονίων, σύμφωνα με τους Gell-Mann και Pais, έχει τη δυνατότητα μέσω της ασθενούς διάσπασης του κάθε ενός ουδέτερου καονίου σε δύο πιόνια να ταλαντώνεται ανάμεσα στις δύο αυτές καταστάσεις: καονίου και αντικαονίου. Το σύστημα αυτό μπορεί απλουστευμένα να θεωρηθεί ένα κβαντικό σύστημα δύο καταστάσεων και έχει όλα τα χαρακτηριστικά των συστημάτων αυτών, όπως του μορίου της αμμωνίας ή του μοριακού ιόντος του υδρογόνου. Η αντιμετώπιση του συγκεκριμένου προβλήματος βασίζεται στην υπέρθεση των πλατών πιθανότητας για τις δύο καταστάσεις. Τα ουδέτερα Κ-μεσόνια περιέχουν κουάρκς και αποτελούν ιδιοκαταστάσεις της ισχυρής αλληλεπίδρασης, όπου διατηρείται η παραδοξότητα. Διασπώνται μόνο με ασθενή αλληλεπίδραση είτε σε λεπτόνια, είτε σε πιόνια. Οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις δε διατηρούν την παραδοξότητα και εάν παραμένουν αναλλοίωτες στον μετασχηματισμό CP, τότε τα φυσικά σωματίδια θα πρέπει να είναι ιδιοκαταστάσεις της CP: Κ(1) και Κ(2), δηλαδή θα πρέπει να προκύπτουν δύο είδη σωματιδίων, ένα βραχύβιο και ένα μακρόβιο με φυσικές καταστάσεις γνωστές ως K(S) και K(L), αντίστοιχα. Τα σωματίδια K(1) και K(2) είναι γραμμικοί συνδυασμοί των ιδιοκαταστάσεων παραδοξότητας: καονίου και αντικαονίου. Τα K(S) και K(L) αποτελούν τις δέσμιες καταστάσεις της συνδυασμένης Χαμιλτονιανής του συστήματος καονίου-αντικαονίου και διασπώνται κυρίως είτε σε δύο ή τρία πιόνια (αδρόνια), είτε σε ηλεκτρόνια ή μιόνια (λεπτόνια). Για τις αδρονικές διασπάσεις, δεδομένου ότι το σύστημα των δύο πιονίων που μεσολαβεί στη μετατροπή καονίου-αντικαονίου έχει θετική CP, θεωρητικά θα επιτρεπόταν να εμφανιστεί μόνο η ιδιοκατάσταση της CP Κ(1) και όχι η Κ(2). Εάν η συμμετρία CP διατηρούνταν στην ασθενή αλληλεπίδραση, οι καταστάσεις Κ(1) και Κ(2) θα αντιστοιχούσαν στα φυσικά σωματίδια K(S) και K(L), αντίστοιχα, και σε μεγάλες αποστάσεις από το σημείο όπου παράγεται η δέσμη καονίων οι αδρονικές διασπάσεις σε δύο πιόνια δε θα ανιχνεύονταν ποτέ, διότι το K(S) διασπάται κυρίως σε δύο πιόνια, ενώ το K(L) διασπάται κυρίως σε τρία πιόνια. Η παραβίαση της συμμετρίας CP στο σύστημα των ουδέτερων καονίων έχει διαπιστωθεί πειραματικά σε μικρό βαθμό και είτε μπορεί να εισαχθεί κατά τη μείξη καονίου-αντικαονίου, όπου τα K(S) και K(L) δεν αντιστοιχούν στις ιδιοκαταστάσεις της CP, K(1) και K(2), είτε η CP να παραβιάζεται άμεσα στη διάσπαση μιας ιδιοκατάστασης της CP. Από πειράματα επιβεβαιώνεται ότι η μείξη είναι αυτή που επιδρά κυρίως στην παραβίαση της CP, αν και η παραβίαση της CP στη διάσπαση έχει παρατηρηθεί επίσης.
    • The system of neutral kaons, K^0-{\bar{K}}^0, according to Gell-Mann and Pais, has the possibility through the weak decay of each neutral kaon into two pions to oscillate between these two states, K^0 and {\bar{K}}^0. This system can be simply considered as a two-state quantum system and has all the characteristics of such systems, such as the ammonia molecule or the hydrogen molecular ion. The treatment of this special problem is based on the superposition of the probability amplitudes for the two situations. The neutral K-mesons, K^0\ (d\bar{s)} and {\bar{K}}^0\ (s\bar{d}), contain quarks and are eigenstates of the strong interaction, where strangeness is conserved. They only decay by weak interaction into either leptons or pions. Weak interactions do not conserve strangeness and if they remain invariant under CP transformation, then the physical particles should be eigenstates of the CP (Κ1 and Κ2), i.e., two kinds of particles should arise, one short-lived and one long-lived with physical states known as K_S and K_L, respectively. Particles Κ1 and Κ2 are linear combinations of the strangeness eigenstates, K^0 and {\bar{K}}^0. K_S and K_L are the bound states of the combined Hamiltonian of the system K^0-{\bar{K}}^0 and decay mainly into either two or three pions (hadrons), or into electrons or muons (leptons). In hadronic decays, since the two-pion system mediating the K^0-{\bar{K}}^0 conversion has a positive CP, theoretically only the CP eigenstate Κ1 would be allowed to appear, not Κ2. If CP symmetry were conserved in the weak interaction, Κ1 and Κ2 states would correspond to the physical particles K_S and K_L, respectively, and at large distances from the point where the kaon beam is produced the hadronic decays into two pions would never be detected, because K_S mainly disintegrates into two pions, while K_L mainly disintegrates into three pions. CP symmetry violation in the system of neutral kaons has been found experimentally to a small extent and either can be introduced during K^0\rlhar\ {\bar{K}}^0 mixing, where K_S and K_L do not correspond to the eigenstates of CP, Κ1 and Κ2, or that CP is directly violated in the decay of an eigenstate of CP. Experiments confirm that it is mixing that mainly affects CP violation, although CP violation in decay has also been observed.
  14. Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.