Correnti Deboli Neutre Riassunto vN -> v X Diffusione vl e -> vl e Conclusioni su cV, cA Considerazioni Sperimentali   𝑙 :   ,    ,  𝑒   Corso di Fisica Subnucleare Parte II – AA 07-08

Eventi in corrente carica In camera a bolle (BEBC) : Tracce identificate come e,m,p,k,p in base alla perdita per ionizzazione dE/dx (~ densita' di bolle per unita' di lunghezza) Corso di Fisica Subnucleare Parte II – AA 07-08

Eventi in corrente carica Il muone e' identificato dalla penetrazione attraverso il rivelatore. I frammenti (debris) adronici sono assorbiti vicino al punto di interazione Calorimetri (NuTeV) : Corso di Fisica Subnucleare Parte II – AA 07-08

Corso di Fisica Subnucleare Ma dov'e' finito il muone ? 1973 : prima osservazione a Gargamelle di una collisione senza un muone, interpretata come:   𝑒 −    𝑒 − Prima evidenza delle Correnti Deboli Neutre Gia' predette dal Modello Standard (1967) confermata da osservazioni successive di urti analoghi su nucleoni , in camera a bolle e in rivelatori elettronici   𝑁   𝑋 Corso di Fisica Subnucleare Parte II – AA 07-08

Riassunto: diffusione vN 𝑑 𝑑𝑥𝑑𝑦 𝑁  − 𝑋= 𝐺 2 𝑠 2 𝑥 𝑞𝑥 𝑞  𝑥 1−𝑦 2 C. C. 𝑑 𝑑𝑥𝑑𝑦    𝑁   𝑋= 𝐺 2 𝑠 2 𝑥 𝑞  𝑥𝑞𝑥 1−𝑦 2 Ottengo l'espressione per le C.N., osservando che la parte left resta invariata, e che possiamo ottenere la parte right scambiando il ruolo di quark e antiquark: 𝑑 𝑑𝑥𝑑𝑦 𝑁𝑋= 𝐺 2 𝑠 2 𝑥 𝑔 𝐿 2 𝑞𝑥 𝑞  𝑥 1−𝑦 2  𝑔 𝑅 2  𝑞  𝑥𝑞𝑥 1−𝑦 2  r2 𝑑 𝑑𝑥𝑑𝑦    𝑁   𝑋= 𝐺 2 𝑠 2 𝑥 𝑔 𝐿 2  𝑞  𝑥𝑞𝑥 1−𝑦 2  𝑔 𝑅 2 𝑞𝑥 𝑞  𝑥 1−𝑦 2  r2 Corso di Fisica Subnucleare Parte II – AA 07-08

Relazioni di Lewellin-Smith 𝑑 𝑑𝑥𝑑𝑦 𝑁  − 𝑋= 𝐺 2 𝑠 2 𝑥 𝑞𝑥 𝑞  𝑥 1−𝑦 2 𝑑 𝑑𝑥𝑑𝑦    𝑁   𝑋= 𝐺 2 𝑠 2 𝑥 𝑞  𝑥𝑞𝑥 1−𝑦 2 𝑑 𝑑𝑥𝑑𝑦 𝑁𝑋= 𝐺 2 𝑠 2 𝑥 𝑔 𝐿 2 𝑞𝑥 𝑞  𝑥 1−𝑦 2  𝑔 𝑅 2  𝑞  𝑥𝑞𝑥 1−𝑦 2  r2 𝑑 𝑑𝑥𝑑𝑦    𝑁   𝑋= 𝐺 2 𝑠 2 𝑥 𝑔 𝐿 2  𝑞  𝑥𝑞𝑥 1−𝑦 2  𝑔 𝑅 2 𝑞𝑥 𝑞  𝑥 1−𝑦 2  r2 𝑑  𝑁𝐶 𝑑𝑦 = 𝑔 𝐿 2 𝑑  𝐶𝐶 𝑑𝑦  𝑔 𝑅 2 𝑑  𝐶𝐶 𝑑𝑦     verifico sperimentalmente ricavo gL, gR 𝑑  𝑁𝐶 𝑑𝑦    = 𝑔 𝐿 2 𝑑  𝐶𝐶 𝑑𝑦     𝑔 𝑅 2 𝑑  𝐶𝐶 𝑑𝑦  (r = 1 ) Corso di Fisica Subnucleare Parte II – AA 07-08

Relazioni di Lewellin-Smith 𝑑  𝑁𝐶 𝑑𝑦 = 𝑔 𝐿 2 𝑑  𝐶𝐶 𝑑𝑦  𝑔 𝑅 2 𝑑  𝐶𝐶 𝑑𝑦     𝑑  𝑁𝐶 𝑑𝑦    = 𝑔 𝐿 2 𝑑  𝐶𝐶 𝑑𝑦     𝑔 𝑅 2 𝑑  𝐶𝐶 𝑑𝑦  Dati dell'esperimento CHARM (CERN-SPS 1987) Corso di Fisica Subnucleare Parte II – AA 07-08

Interazioni su elettrone Acceleratore :   𝑒   𝑒    𝑒    𝑒 Reattore :  𝑒  𝑒  𝑒  𝑒 Non vengono prodotti ve in reattori Corso di Fisica Subnucleare Parte II – AA 07-08

Corso di Fisica Subnucleare Sezioni d'urto per nme Dalle espressioni per i quark, con x=1 e integrando in y: 0 1 1−𝑦 2 𝑑𝑦= 1 3 𝑒𝑒= 𝐺 2 𝑠 2 𝑔 𝐿 2  1 3 𝑔 𝑅 2    𝑒   𝑒= 𝐺 2 𝑠 2 1 3 𝑔 𝐿 2  𝑔 𝑅 2 𝑔 𝐿 =  𝑐 𝑉  𝑐 𝐴  2 , 𝑔 𝐿 =  𝑐 𝑉 − 𝑐 𝐴  2 e ricordando le definizioni di Corso di Fisica Subnucleare Parte II – AA 07-08

Corso di Fisica Subnucleare Sezioni d'urto per nme ... si trova : = 𝐺 2 𝑠 4  𝑐 𝑉  𝑐 𝐴  2  1 3  𝑐 𝑉 − 𝑐 𝐴  2 = 𝐺 2 𝑠 3 𝑐 𝑉 2  𝑐 𝑉 𝑐 𝐴  𝑐 𝐴 2    = 𝐺 2 𝑠 4 1 3  𝑐 𝑉  𝑐 𝐴  2   𝑐 𝑉 − 𝑐 𝐴  2 = 𝐺 2 𝑠 3 𝑐 𝑉 2 − 𝑐 𝑣 𝑐 𝐴  𝑐 𝐴 2 Corso di Fisica Subnucleare Parte II – AA 07-08

Corso di Fisica Subnucleare Sezioni d'urto per nme ... si trova : = 𝐺 2 𝑠 4  𝑐 𝑉  𝑐 𝐴  2  1 3  𝑐 𝑉 − 𝑐 𝐴  2 = 𝐺 2 𝑠 3 𝑐 𝑉 2  𝑐 𝑉 𝑐 𝐴  𝑐 𝐴 2    = 𝐺 2 𝑠 4 1 3  𝑐 𝑉  𝑐 𝐴  2   𝑐 𝑉 − 𝑐 𝐴  2 = 𝐺 2 𝑠 3 𝑐 𝑉 2 − 𝑐 𝑣 𝑐 𝐴  𝑐 𝐴 2 ...che definiscono due ellissi nel piano cV cA   Quattro possibili soluzioni ! La degenerazione puo' essere ridotta misurando le interazioni prodotte da anti-ne (reattore)  Corso di Fisica Subnucleare Parte II – AA 07-08

Corso di Fisica Subnucleare Reattori :  𝑒  𝑒  𝑒  𝑒 Contributi da C.N. e C.C. :  𝑒   𝑒  𝑒 −  𝑒  Z W-  𝑒  𝑒 − 𝑒 − 𝑒 − ∝1−  5   𝑒 ∝ 𝑐 𝑉 − 𝑐 𝐴  5   𝑒 come    con la sostituzione 𝑐 𝑉,𝐴  𝑐 𝑉,𝐴 1    = 𝐺 2 𝑠 3  𝑐 𝑉 1 2 − 𝑐 𝑣 1 𝑐 𝐴 1  𝑐 𝐴 1 2 Corso di Fisica Subnucleare Parte II – AA 07-08

Corso di Fisica Subnucleare Risultati resta un'ambiguita', che viene risolta da esperimenti DIS con fasci polarizzati di elettroni (SLAC) soluzione preferita : 𝑐 𝑉 =0.06±0.08~0 𝑐 𝐴 =−0.52±0.06~ 1 2 da Hung,P.Q. e SakuraiJ.J. “The Structure of Neutral Currents” Ann.Rev.Nucl.Part.Sci. 31,375 (1981) Corso di Fisica Subnucleare Parte II – AA 07-08

Altre Misure : e+e- -> m+m- Le correnti neutre possono interferire con quelle elettromagnetiche. Stima grossolana dell'effetto (Zel'dovich 1958) : ~ ∣ 𝑀 𝐸𝑀 𝑀 𝑁𝐶 ∣ ∣ 𝑀 𝐸𝑀 2 ∣ ~ 𝐺 𝑒 2 𝑠 ~ 10 −4 𝑠𝑠in 𝐺𝑒𝑉 2  Per un effetto del 10%, deve essere s ~ 10 3, ovvero ECM ~ √s ~ 30 GeV, ossia Ee+ = Ee- ~ 15 GeV. PEP (SLAC), PETRA (DESI), fine anni settanta Corso di Fisica Subnucleare Parte II – AA 07-08

Altre Misure : e+e- -> m+m- 𝑀 𝑍 = 2 𝐺 𝑚 𝑍 2 𝑠− 𝑚 𝑍 2 𝑖 𝑚 𝑍  𝑍 𝑟= 𝑀 𝑍 𝑀  = 2 𝐺 𝑚 𝑍 2 𝑠− 𝑚 𝑍 2 𝑖 𝑚 𝑍  𝑍 × 𝑠 𝑒 2 Asimmetria avanti-indietro indotta da intereferenza VA. Misura principalmente cA (cV piccola) g g-Z (VV) Z (VV+AA) 𝐹 1 𝑠=12ℜ𝑟𝑠 𝑐 𝑉 2  ∣ 𝑟 2 ∣  𝑐 𝑉 2  𝑐 𝐴 2  𝐹 2 𝑠=4ℜ𝑟𝑠 𝑐 𝐴 2 8 ∣ 𝑟 2 ∣ 𝑐 𝑉 2 𝑐 𝐴 2 g-Z (VA) Z-Z (VA) Corso di Fisica Subnucleare Parte II – AA 07-08

Corso di Fisica Subnucleare Osservabili Sezione d'urto totale = −1 1 𝑑 𝑑 𝑑= 4  2 3s × 𝐹 1 𝑠 ≃  𝑄𝐸𝐷 ×12ℜ𝑟𝑠 𝑐 𝑉 2  ∣𝑟𝑠∣ 2  𝑐 𝑉 2  𝑐 𝐴 2  2   𝐹 = 0 1 𝑑 𝑑 𝑑  𝐵 = −1 0 𝑑 𝑑 𝑑 Asimmetria Forward-Backward 𝐴 𝐹𝐵 =  𝐹 −  𝐵  = 𝐹 2 𝑠 8 3 𝐹 1 𝑠 ≃ 3 2 ℜ𝑟𝑠 𝑐 𝐴 2 In pratica cV e' cosi' piccolo che entrambi misurano solo cA e confermano un valore prossimo a ½ cV viene misurato con precisione a LEP Corso di Fisica Subnucleare Parte II – AA 07-08