Maddenin evrimi. Kerem Cankoçak (İTÜ Fizik)

Transkript

1 Maddenin evrimi Kerem Cankoçak (İTÜ Fizik)

2 İçindekiler Bilim/ Dogma farkı Bilimselliğin tanımı - Bilimlerin birbirleri ile uyumu Farklı Evrim ler - Evrenin kısa tarihi - Kendiliğinden kavramının doğa bilimlerindeki önemi 2

3 Bilim / Dogma ayrımı Turhan Selçuk un Uzay Katları adlı çizgi romanından (günümüz Türkiye sinde piyasada satılan dini kitaplardan derlenmiştir..!) Yaklaşık 500 yıllık bilimsel çalışmaların ürünü. İspatlanabilir / Yanlışlanabilir kuramlar. Bütün doğa bilimleri birbirleri ile uyum içindedir. 3

4 Bir başka bilimsel olmayan kuram örneği: Bilinçli tasarım modeli Blinçli tasarım modelinin argumanı: doğada kademe kademe evrimleşemeyecek, çok karmaşık yapılar vardır. O nedenle evrim teorisi yanlıştır! Örnek: Bakteri kamçısı Evrim modeli, diğer tüm bilimsel modeller gibi bütünü açıklamaktan uzaktır. Her bilimsel modelin açıkları vardır. Oysa bilinçli tasarım modeli daha çok sayıda bilimsel olguyla çelişmektedir. Ayrıca ortaya daha çok sayıda açıklanamaz faktör çıkartmaktadır: Tasarımcıyı kim tasarladı gibi.. 4

5 G.T Hooft, Maddenin Son Yapıtaşları ndan Farklı boyutlarda farklı doğa yasaları geçerlidir 5

6 Ilk evren Evrim çizgisi içinde yaşadığımız evren Simetri ve kendiliğinden simetri kırınımı Zaman Birikimli doğal seçilim + fizik yasaları Canlı evrim Evrim yasaları + XX? Zihnin evrimi Genetik + mülkiyet ilişkileri +?? Toplumsal evrim (bütün hayvanlarda) Memetik + toplumsal kurallar +?? Kültürel evrim (hyvanlarda ) 6

7 Özel Görelilik ve Kuantum Fiziği 1-) Atom ve atom altı dünyası: ( keşfi 1900 Planck (kuanta nın ( Einstein ) 1905 ışığın parçacık yapısı (.. Bohr, 1920 ler atom modelleri (Rutherford, lar: Kuantum mekaniğinin doğuşu (.., Dirac (Heisenberg, Schrödinger, 2-) 1905 Özel Görelilik ( Minkovksi (Poincare-Einstein, ( Einstein ) 1915 Genel Görelilik Genel görelilikte ışığın bükülmesi Bunlar farklı fizikler değil! µm 7

8 Kuantum yüzyılı Klasik teori: UV felaketi UV katastrofu gözlem ( 1900 (Planck, Çözüm: ışık kuanta'sı Benzer bir şekilde günümüzde de UV felaketleri aşmakta aynı yöntem kullanılmakta --> Fenomenoloji Olasılık dağılım fonksiyonu (Kerem Cankoçak, ( 2008 Aralık Kuantum Alan teorilerinde renormalizasyon, regularizasyon 8

9 9

10 Yıldızların tayf analizi Sodium Uzayda soda... Güneşte ya da diğer yıldızlardaki gazları, elementleri onların bıraktığı parmak izlerinden anlarız. Örneğin sodyum spketrumda kavuniçi-sarı çizgiye denk gelir. (... gibi (portakaldaki Sodyum D 10

11 Iron Iron Scandium Sodium Iron Iron Scandium Sodium Doppler etkisi dediğimiz bir fizik olayı bize galaksilerin yakınlaşıp uzaklaştıklarını gösterir.tıpkı bize doğru yaklaşan bir ambulansın sesini uzaklaşan ambulanstan farklı duymamız gibi.. 11

12 Büyük Patlama Kuramı ve Modern Kozmolojinin doğuşu Daha hızlı Daha uzak 1929 Doppler Etkisi ve Yıldızların Tayf çizgileri Sonuç: evren genişliyor! Dolayısıyla bir başlangıcı vardı ( Bang (Büyük Patlama -Big 12

13 Evrenin kısa tarihi Uzay ve zaman ~ 13.7 milyar yıl önce başladı dört temel kuvvet kütle çekim kuvveti, elektro-manyetik kuvvet, zayıf (yeğni) kuvvet nükleer (yeğin) kuvvet ilk nano saniyelerde hep bir aradaydılar. Evren hızla soğudukça bu kuvvetler ayrıştılar Slıde from Zamanın başlangıcında evren soğurken enerji maddeye dönüştü --> atom-altı parçacıklar --> Madde-anti madde simetri kırınımı --> enflasyonist genişleme --> baryonlar, mezonlar --> Çekirdek sentezi --> Şeffaf evren (CMB) Elektron, proton --> hidrojen atomu --->yıldızlar -> daha ağır atomlar Süpernova --> güneşimiz --> dünya --> canlı yaşam (bizler yıldızlardan geldik) 13

14 Kendisi üstüne düşünen kuarklara doğru Evrendeki herşey atomlardan meydana gelir Proton & nötron kuark 1 proton 3 proton 11 proton... Elementler tablosu 14

15 Madde ve boyutlar ~1 [m] ~5x10-6 [m] ~2x10-9 [m] ~2x10-10 [m] ~5x10-15 [m] ~1.5x10-15 [m] <1x10-18 [m] hücre DNA atom çekirdek En temel parçacıklar Kuarklar ve leptonlar'dır kuark lepton 15 q e

16 Dört Temel Kuvvet Yerçekimi Zayıf kuvvet: Z, W ± bozonları (örn. Beta radyasyonu) zayıf güçlü Elektromanyetik kuvvet: foton (örn. Işık, TV, radyo,...) Güçlü (yeğin) kuvvet: g Gluon ( güneş (örn. Bilinen bütün diğer kuvvetler bu yukarıdakilerden meydana gelir 16

17 Standart Model'de Kuark & lepton aileleri atom: proton, nötron & elektron hadronlar: proton: uud nötron: udd Kuvvet taşıyıcıları: aile Q = +2/3 u ( GeV 0.003) C ( GeV 1.3) t ( GeV 175) n! p+e " +! e L e 0! 0+1+ ("1) aile ( GeV Kuark (kütle Q = -1/3 d ( GeV 0.006) S ( GeV 0.1) b ( GeV 4.4) ( GeV Lepton (kütle Q = -1 e - ( GeV ) µ (0.1 GeV) τ (1.78 GeV) ( 0GeV ) ν µ ( 0GeV ) ν τ Antikuark (kuarklarla aynı ( kütle Q = -2/3 u c Kuarklar bağımsız olarak var olamazlar Q = 0 ( 0GeV ) ν e t Q = +1 e + µ + τ + Q = +1/3 Neutrinolar neredeyse kütlesiz (Sol-elliler) Lepton sayıları ayrı ayrı korunmakta Reaksiyona giren ve çıkan L e, L m, L t sayıları aynı olmalı d s b Antilepton (leptonlarla aynı ( kütle Q = 0 ν e ν µ ν τ

18 Termodinamiğin 2 yasası 1. yasa Enerji korunumu 2. Yasa: Entropi her zaman artar Entropi = düzensizlik ölçüsü Düşük entropi à Yüksek entropi Yıldızlar, gezegenler nasıl oluştu? Enerji : Düşük entropinin kaynağı Yenilenebilir enerji yoktur (ama yenilenebilir enerji kaynakları araştırmalarından ( vardır para kazanan çok insan 18

19 Düzen-Düzensizlik Asıl büyük mucize evrenimizde canlı yaşamın ortaya çıkışı değil, düzenli yapıların (maddenin) ortaya çıkışıdır Hydroxyl R- OH, Carbonyl R=O,Carboxyl R=O ve OH organic acids (carboxylic acids: formic, acetic,..), Amino R- N + 1, Sulfhydral R- S-H thiols, protein moleculer yapıları,... bütün bunlar düzenli yapılardır. Düşük entropili (düzenli) oluşumlar Madde bir kere ortaya çıktıktan sonra milyarlarca gezegen içinde bir gezegende DNA'nın ortaya çıkması yalnızca bir istatistik sorunudur Enerjiyi düşük entropi biçiminde alırız (gıda, oksijen) ve Yüksek Entropi biçiminde (ısı,karbondioksit) harcarız. Entropi korunmaz. Kendimizi canlı tutabilmek için entropi içeriğimizi düşük tutmalıyız. Yüksek entropi biçiminde çıkan enerjiyi atarız. Entropinin bedenimizde artmasına izin vermeyerek, düzenimizi sürdürürüz. 19

20 Kararlı yapılar n Bir kararlı yapı olarak madde en ilksel doğal seçilim, kararlı yapıların seçilip, kararsızların reddedilmesi elektron-proton-nötron è atom è elementler è moleküller è madde ilksel çorba : Enerji + madde è amino-asitler (proteinlerin yapı taşları) Eşleyici molekül (kendi kopyasını çıkartabilen): örnek kristaller Yaşamın başlangıcı: aminoasitler 20 20

21 T çekirdek ~15x10 6 K Döteryum + Pozitron + Nötrino + Enerji T > 10,000,000 K Düşük kütleli yıldızlarda Proton-Proton Zinciri Atom çekirdeği Yıldız çekirdeği T > 16,000,000 K Yüksek kütleli yıldızlarda CNO Zinciri Pp zinciri CNO zinciri 21

22 Nükleosentez 22

23 Birleşme kuramlarının çok kısa tarihi ( 1680 ) Newton ( 1864 ) J.C.Maxwell elektrik magnetizma atomlar Standart Model Gök cisimleri elma elektromagnetizma Kuantum mekaniği 1900'ler Planck, Heisenberg, Bohr, Pauli,.. yerçekimi mekanik Genel görelilik ( Einstein(1916 Özel görelilik ( 1930 ) Dirac Elektrozayıf kuram Feynman ( 1960'lar ) Kuantum ElektroDinamiği : Glashow, Salam, Weinberg γ-bozunumu β-bozunumu Zayıf kuvvet α-bozunumu Güçlü kuvvet Kuantum Renk Dinamiği Sicim teorileri Büyük Birleşme? 23

24 Simetri - korunum yasaları doğada Fizik yasalarında simetri 24

25 Simetri Korunum yasaları 3 R 1. öteleme 2. dönme 3. Zamanda öteleme 1. momentum 2. açısal momentum 3. enerji değişmezlik korunum Ayar simetrisi «iç» uzaydaki dönüşümler altında değişmezlik Bu uzayda SM in gurup yapısı U(1) SU(2) SU(3) 25 25

26 Simetri ve simetrinin kırınımı Simetri korunduğu sürece parçacıklar oluşamaz Evrenin ilk başlangıcında meydana gelen faz değişikliği ile gerçekleşen simetri kırınımının radikal sonuçları olmuş ve uzay-zaman ile kütle ayrışmıştır. Açığa çıkan enerji, parçacıkların meydana gelmesine neden olmuştur 26 26

27 Maddenin ortaya çıkışı: kırılmış simetri Opak evren Başlangıçta evrende radyasyon (ışınım) hakimdi. Elektron, proton gibi maddenin temel yapı taşları yüksek sıcaklıklarda bir araya gelip atomu oluşturamıyorlardı. Şeffaf Evren (başlangıçtan 400 bin yıl ( sonra Evren yaklaşık 400 bin yıl yaşındayken, sıcaklığı 4000 kelvine kadar düştü (günümüzdeki sıcaklığın bin katı) ve protonlar hidrojen atomları oluşturmak üzere elektronlarla bağlandı. CMB 27

28 Evrenin Evriminin farklı aşamaları Evren geliştikçe hem madde hemde ışınım yoğunlukları azalmıştır Işınım yoğunluğu daha hızlı değişmiştir! Bu nedenle, geçmişteki ışınım yoğunluğu madde yoğunluğuna göre çok daha fazlaydı. 28

29 Kozmik Ardalan Işınımı (CBM) Erken evren: Sıcak Yoğun Hızla genişliyordu Homojenli ve İzotropi è termal denge Yüksek T yüksek enerji Kuantum Alan Teorileri CMB ilk koşulları gösteriyor Erken evrenin homojenliğindeki salınımlar yapıtaşlarının tohumları Kütleçekim çekici bir kuvvet dalgalanmalar galaksilere, galaksi topluluklarına yol açıyor 29

30 Evrenin tarihi I s GeV Planck zamanı Enflasyon? s s GUT dönemi? Baryogenesis? Topolojik bozukluklar? (monopoles, cosmic strings, domain walls) s s 10 6 Supersymmetry kırılıyor? s 10 3 GeV SU(3) x SU(2) x U(1) 30 30

31 Evrenin tarihi II s TeV Electroweak (EW) transition Fermions, W +,W -,Z 0 kütle kazanıyor Baryogenesis? 10-6 s GeV QCD faz geçişi: kuarklar, g p, n 1 s MeV Big bang nucleosynthesis (BBN) 2 H, 3 He, 4 He, 7 Li dekuplakı e + e - yokoluş n/p 1/6 1 h 31 31

32 Evrenin tarihi III 1 yr kev 10 6 yr ev Işık ve baryonların dekuplajı => atoms Evren şeffaflaşıyor Cosmic Microwave background (CMB) çıkıyor Karanlık Çağlar Galaksilerin oluşumu, ilk yıldızlar mev yr Now 32 32

33 Cosmology,

34 Cosmology,

35 Evrenin tüm enerjisi Güncel Kozmolojik problemler l Yıldızlar ve galaksiler ~0.5% l Nötrinolar ~0.3 10% l Geri kalan bildik madde (elektron ve protonlar) ~4% l Kara Madde ~23% -> adaylar hızlandırıcı fiziği ile incelenmekte l Kara Enerji ~73% l Anti-Madde 0% l Higgs yoğunlaşması ~10 62 %?? Standart model ( fizik (bilinen Standart model ötesi ( fizik (yeni 35

36 Karanlık Madde galaksileri birlikte tutmak için karanlık madde gerekli gözlenen beklenen disk ends here 29 Kerem January Cankoçak, 2005 İTÜ Mart 2012 Einstein: A Feng 36 36

37 Enflasyon ve Karanlık Enerji Evrenin başlangıcındaki kuark çorbası vakum enerjisinden geldi. Kuantum dalgalanmaları ise bu çorbadaki öbeklenmelere neden oldu COBE Evrenin yoğunluğu zaman içinde değişim göstermekte Evren hizlanarak genişlemekte 37

38 Evrenin sonu? à FIZIK ß METAFIZIK Evrenin genişleme hızına (kara madde ile kara enerji oranı) göre 3 farklı senaryo: ) 2 ( ) 1 ( ) 3 ( pozitif negatif düz Ağır evren Hafif evren düz evren 38

39 Açıklanması gereken sorular: Büyük çöl Kuarkların kütleleri? Higgs? Süpersimetri? CP kırınımı 39

40 Evrenin enerji spektrumu Parçacık fiziğindeki hızlandırıcılar en son GeV düzeyine ulaşabilmişlerdir ( volt ( 1Gev = 10 9 ev; ev = elektron (Kerem Cankoçak, ( 2008 Aralık 40 40

41 Biraz Higgs den bahsedelim Parçacıklar evreni dolduran Higgs alanı içinde 'yüzerken' maruz kaldıkları direnç (inertia) kütleyi ortaya çıkarıyor. (1962 yılında Philip Warren Aderson) Minimiumda vakum beklenti değeri sıfırdan farklı!! Kendiliğinden Simetri kırınımı! Bu parametreler hakkında hiç bir şey bilmiyoruz; ancak: Radyatif düzeltmeler: 41 41

42 Bildiğimiz evrenin temel yapıtaşları Dört temel kuvvet Kütleçekim Zayıf Elektromanyetik Bu Güçlü durum kırılmış bir simetrinin sonucu Amount of Energy Higgs parçacığı henüz saptanmamıştır Evren pozitif veya negatif Higgs alanlı duruma yerleşmiş... 0 Strength of the Field 42 42

43 Evren ve Simetri Bütün alanlar (kütleçekim, elektromanyetik, vs) enerjiye sahiptir. Boş bir hacimin elektrik alanı ile dolduğunu düşünelim. Burada bir parçacık mevcut olmasa bile enerji vardır. Enerji, elektrik alanının gücüne (strength) bağlıdır. Bir alanın enerji diyagramı: Alan sıfır olduğunda enerji minimum değerde Amount of Energy 0 Strength of the Field Evren mümkün olan en düşük enerji değerine yerleşir. Bu simetrik bir evrendir ve bu evrende hiçbir şey gerçekleşmez. 43

44 Kendiliğinden Simetri Kırınımı Enerji - Alan grafiği bir Meksika şapkasına benzerse ne olur? Vakum enerjisi 2 en düşük enerji düzeyi durumuna sahip Amount of Energy Bütün evreni dolduran görünmez enerji alanlarına Higgs alanı denir. Bunlar parçacıkların ve kuvvetlerin nasıl davranmaları gerektiğini belirtir. Evren pozitif veya negatif Higgs alanı durumuna yerleşir. 0 Strength of the Field Dört temel kuvvet yerine, bir kuvvet ve bir çok görünmez Higgs alanı var ki, bu alanlar bu kuvveti 4 ayrı kuvvet gibi gösteriyorlar. Bu çözüm aynı zamanda Büyük Patlamanın ilk anlarındaki enflasyon sorununa da cevap veriyor. 44

45 Higgs parçacığını bulmak yetmiyor (quantum divergencies of Higgs) Elektronun kendisini itmesi gibi Higgs de kendini itmekte ve noktasal bir parçacık olması için çok büyük enerjilere ihtiyaç duymakta Elektroweak kuramın çöküşü..(naturalness problem) Fermiyon bozon simetrisi Standart Modelin otesinde yeni fizik arayislari: süpersyimetri ( SUSY ) kuantum ıraksamalarını düzeltir Quark Squark spin=0 Top Stop Electron Selectron (i) Kuvvetlerin birlesmesi mumkun Wino W spin=1/2 Higgsino H (ii) Supersimetri evrendeki karanlık madde iyi bir aday energy (GeV) SUSY 45 45

46 Süpersimetrik Parçacıklar ( Henüz gözlenmedi) Nasıl saptıyoruz: MC modelleri 46

47 Klasik ve kuantum belirsizlikleri Klasik fizik: dalga boyu: Kırınım koşulu: Kuantum fiziği: momentum Momentumdaki belirsizlik Elektromanyetik dalga ya da temel parçacık (elektron,..vb) Planck sabiti Konumdaki belirsizlik Heisenberg belirsizlik ilkesi 47

48 Klasik fizikte ve kuantum fiziğinde benzerlikler / farklılıklar Klasik fizikte belirsizlik Kuantum boyutlarda belirsizlik Elektronun konumunu arasında saptamaya çalışalım Sonuç: klasik fizik belirlenmecidir kuantum fiziği belirlenemezcidir önermesi doğru değildir. 48

49 Aynadan bakmak: Madde ve Antimadde? q - q +1 Madde-antimadde simetrisinin yokluğu CERN deki deneylerde çözüm aranan sorulardan biri 100 m 49

50 Dalga boyu ~ 1/enerji Küçük nesneleri görmek ( enerji Kuarkları görmek için ~ 1 GeV enerji gerekir (yoğunlaşmış Protonun kütlesi ~ 1 GeV/c 2 = kg 1 TeV = bir sivrisineğin kanat çırpışı Arşimed Romalılara karşı Siraküza savaşı ( MÖ). Bir sivrisineğin enerjisini atom çekirdeği boyutlarına indirdiğimizde çok yoğun bir enerji ( hızlandırıcıları elde ederiz (parçacık 50

51 Neden hızlandırıcı kullanıyoruz? ü Temel Parçacıklar aynı zamanda dalga oldukları için atom altı parçacıkları görmemizi sağlar (ışığın dalga boyundan çok ( için daha küçük nesneleri görmemiz ü yoğunlaşmış enerjiden başka parçacıklar üretmek için hızlandırıcıda parçacıklar çarpıştırılır + E=Mc 2! protons anti-protons Enerjinin yogunlaşması: 25 Milyar kilowat-saat enerji = bir gram madde. 51

52 Enerji=madde Çevremizde gördüğümüz herşey şu 3 temel parçacığın kombinasyonlarından oluşur: elektron u kuark d kuark Bunların dışında başka parçacıklar da vardır, ama onlar saniyenin trilyonlarca kez küçük bir anında yok olurlar. Ayrıca her parçacığın, bir de karşıt parçacığı vardır (zıt elektrik yüküne sahip). Toplam 6 kuark (ve 6 anti-kuark) ile 6 lepton (ve 6 anti-lepton) temel parçacık vardır. Peki bu parçacıkları nasıl görürüz? 52

53 CERN'deki Büyük Hadron Hızlandırıcısındaki (LHC) çarpışmasında maddenin temel yapıtaşlarını görmekteyiz TERA enerji!!! 7 TeV =7x10 12 ev Demet enerjisi cm -2 s -1 Luminozite 2835 paket/demet Proton/paket ( ns 7.5 m (25 Benzer bir sistem TV tüplerinde vardır Proton Çarpışan demetler 4x10 7 Hz 7 TeV Proton Proton çarpışmaları 10 9 Hz Parton çarpışmaları Yeni parçacık üretimi (... SUSY, (Higgs, 10 5 Hz p µ + µ - Z H p Z µ + µ - p q e - ~ q ν e q χ - 1 q ~ q ~ g χ ~ 0 2 p µ + µ χ ~

54 7 TeV lik protonun enerjisi 10-6 J Sivrisineğin enerjisi: Peki neden sivrisinekleri kullanamıyoruz? Çünkü N Avogadro = (mol) -1 Sivrisineğin enerjisi ~ atom çekirdeği arasında dağılmıştır. öte yandan her ışın demetinde biriken enerji: 2808 demet proton/demet 7 TeV/proton = 360 MJ ~ 100 kg TNT ya da bir uçak gemisinin 8 mille yol alırkenki enerjisi

55 Dedektörler CERN'de 40 nolu ofis binası ve ATLAS dedektörünün temsili resmi Çarpışmadan çıkan parçacıkları yakalamak için her tarafı kapalı dedektörler kullanmak gerekir Çarpışma noktasının etrafında farklı dedektör katmanları bulunur 55

56 Modern Dedektör Sistemleri Muon Barrel Drift Tube ( DT ) Chambers Resistive Plate Chambers ( RPC ) Muon Endcapsl Cathode Strip ( CSC ) Chambers Resistive Plate Chambers ( RPC ) CMS dedektörü Superiletken Mıknatıs, 4 Tesla Toplam ağırlık Çap 15 m Uzunluk 21.6 m t MerkeziHadron Kalorimetresi (Hcal)Plastic scintillator/brass sandwich Elektromanyetik ( Ecal ) Kalorimetre 76k scintillating PbWO4 crystals HF fizikçi! İz bulucu Pixels Silicon Microstrips 210 m 2 of silicon sensors 9.6M channels 56

57 Dedektör teknikleri dedektor tekniklerinin tipta uygulanisi: (..., PET Tomografi yöntemleri (röntgen, MR, Proton terapisi, Iyon terapisi CMS dedektörü, 21.6 metre uzunlugunda ve 14.6 metre çapında 57 Kerem Cankoçak, ITU,

58 CMS yerlestigi Deney Mağarası insan Şubat 2005 Human Jun 2004 Şubat 2008 CMS dedektoru magaranin icinde 58

59 LHC ve CMS resimleri Mart 7, 2005 Æ 59 Kerem Cankoçak, ITU,

60 Tanrının Belası Higgs 1964 de, birbirinden bağımsız 3 gurup 'Higgs' mekanizmasını ortaya atar: Robert Brout ve Francois Englert; Peter Higgs; ve Gerald Guralnik, C. R. Hagen, ve Tom Kibble 2011'de tek bildiğimiz Higgs'in 115 GeV'den daha 'ağır' oluşu 60 60

61 Düşük kütleli Higgs (M H < 140 GeV) MC (simülasyon) 61 61

62 CP simetrisi ve kırınımı Sürekli simetriler yanında kesikli simetriler de vardır: С yük P parite Т zaman (zayıf etkileşimlerde korunmaz) (zayıf etkileşimlerde korunmaz) Deneysel olgular: SM de yeğin ve elektromanyetik etkileşimler C, P, T, CP, CT, PT ve CPT değişmezdir

63 Parite dönüşümü y Man z x yà -x yà -y zà -z x z 63 y 63

64 Adam bışağı sağ eliyle tutuyor Görüntü bıçağı sağ eliyle tutuyor İnsan P İnsan 64 64

65 Kusursuz bir simetri çok da ilgi çekici değildir Güzellik hafifçe kırılmış simetri 65 65

66 Yük simetrsi + + -Z + + r i C : + à ; à C (+,-) è (-,+) Ze 2 e 2 r jk + V = + r r i i j, k jk V remains the same! Charge-reversal symmetry 66 66

67 L.D.Landau, 1959: CP-parite korunumu hipotezi J.Cronin, V.Fitch, 1964: yüksüz K-mezonlarında CP-simetrisi ihlalinin keşfi 67 67

68 Deneysel Parçacık Fiziği alanında: (CPLEAR 1999) Yüksüz kaon un bozunum zamanı Yüksüz karşı- kaon bozunum zamanı CP ihlali 68 68

69 CP-simetrisi ihlali üzerine BaBar ve BELLE gibi deneylerde çok daha hassas ölçümler yapıldı US ve Japonya da yürütülen bu deneylerde ϒ(4S) rezonansı ölçüldü: e + e ϒ(4S) B 0 B 0 or B + B q The CP asymmetry A(t) = Γ(B 0 J/ψ K S ) Γ(B 0 J/ψ K S ) Γ(B 0 J/ψ K S ) + Γ(B 0 J/ψ K S ) A(t) = sin 2β sin Δm t q BABAR + BELLE : sin 2β = ±

70 M. Kobayashi, T.Maskawa, 1974: SM de CP-simetrisi ihlali için açıklama getirdiler Fikir: etkileşmeyen parçacıkların süperpozisyonu zayıf etkileşimde çeşni özdeğerleri meydana getiriler Diğer bir deyişle, kütle terimi ve yüklü akım, etkileşim teriminde aynı anda diyagonalize edilemez. L int = g 2 2 ˆ d b ( u, c, t ) γ µ + V s W h. c. L L L CKM L µ + L L 70 70

71 B B B 2 ( ρ, η ) ( 1 λ 2)( ρ, η) V V d s d ud cd V V Im η * ub * cb 0 γ DK, DK D K s D * π α ρ ( γ 2χ ) ( γ + 2β ) Hassas belirlemeler B-bozunumları ile yapılıyor * B 0 V V V V β * ub cd td cd V V Üniter açı ππ, ρρ, ρπ,... V V tb * cb * tb * cb Im B η J / ψ Re γ χ 0 K S α ρ β: B d karışım fazı χ: B s karışım fazı γ: zayıf bozunum fazı,... V * us V V V * ud cd V V td * cb β+χ * ts / VcdVcb 71 0 B s J 71 / ψφ,... χ Re

72 Baryogenesis (Madde-doğumu) q Büyük Patlama (~ 13.7 milyar yıl önce) madde ve karşı-madde eşit miktarlarda yaratıldı yokoluş n baryon /n g ~ neden bütün madde yok olmadı q Evrende karşı-atom yok q Büyük Patlamadaki madde / karşı-madde simetrisi (CP simetrisi) ihlal edilmiş olmalı) [Sakharov, 1967] q SM de, kuarkların zayıf etkileşimdeki karışımlarında CP ihlal ediliyor (en az 3 aile olması koşuluyla). Dolayısıyla baryogenesis 3 aile ile ilgili olabilir. Öte yandan normal madde sadece ilk aileden meydana gelir (u, d, e, ν e ) q Ancak SM deki CP ihlali baryogenesis için yeterli değil başka CP ihlali nedenleri için yeni fizik gerekir 72 72

73 B bozunumlarında topolojiler Trees b q 1 B q W q 2 d, s Penguins b W u, c, t q b W u, c, t d (s) b W u,c,t d (s) Z, γ l + g q Boxes l q b V* ib V iq u,c,t q B W + W q q u, c, t b B q 73 V iq V* ib 73

74 LHCb experiment: 700 physicists 50 institutes 15 countries Jet d Eau 140 m Mont Blanc, 4808 m LHCb ATLAS CERN CMS ALICE 74 74

75 LHCb kolabrasyonu 75 75

76 76 76

77 - bb angular distribution b b b b vertices and momenta reconstruction effective particle identification (π, К, µ, е, γ) triggers P T of B-hadron µb 230µb Pythia η of B-hadron 77

78 View of the LHCb cavern Muon detector Calorimeters RICH-2 OT Magnet RICH-1 VELO It s full! Installation of major structures is essentially complete 78 78

79 LHCb de nadir bozunumlar «penguin» bozunumlar B K* γ, B s φ γ, B Kφγ, B K* µµ ve «box» bozunumlar, B s µµ «penguin» ismi John Ellis tarafında 1977 de ortaya atılıyor 79 79

80 80 80

81 March of the Penguins B * K γ B X γ s B Kπ (*) B K l + l B ργ Jeffrey D. Richman 81

82 Loops in B decays: probe high mass scales! cited 560 times fb -1 b uct,, γ s 8 events 3 events 2 events d W d BB ( Kγ ) = (4.5 ± 1.5 ± 0.9) 10 * 5 0 *0 5 BB ( K γ ) = (4.01 ± 0.2) 10 HFAG 82

83 from Steve Olsen s talk at Aspen Winter Conf., 2008 Direct CPV in Bà Kπ decays World Averages: A cp (K + π - ) = ± σ difference! A cp (K + π 0 ) = ± HEPAP Meeting 83 83

84 84 84