ATLAS-experimentet på CERN (web-kamera idag på morgonen) 5A1247, modern fysik, VT2007, KTH

Transkript

1 ATLAS-xprimntt på CERN (wb-kamra idag på morgonn) 5A1247, modrn fysik, VT2007, KTH

2 Laborationr: 3 laborationr: AM36: Atomkärnan. Handlar om radioaktivitt, absorbtion av gamma och btastrålning samt mätning av halvringstid AM65: Kvantmkanik och molkylr. Handlar om absorbtionspktrum i CO-molkylr. Mätning av gnskapr hos CO från absorbtionsspktrum samt simulring av olika tillstånd. ALS: Atomic and Lasr Spctroscopy. Handlar om absorbtionsspktrum i atomr samt gnrring mha lasr av xcitrad vibrationstillstånd i molkylr. Rapport skall skrivas på alla laborationrna. Dssutom kommr n projktlabb som görs i tr-prsonrs-gruppr. Mr info om dnna undr nästa förläsning. 5A1247, modrn fysik, VT2007, KTH

3 AM36: 5A1247, modrn fysik, VT2007, KTH

4 AM65: Simulrat absorbtionsspktrum från n vibrationsövrgång md övrlagrad rotationsövrgångar 5A1247, modrn fysik, VT2007, KTH

5 ALS: Spktrallinjr Monokromator Potntialr för vibrationstillstånd i jodmolkylr 5A1247, modrn fysik, VT2007, KTH

6 Förläsning 14 Atomr: rörlsmängdsmomnt och spinn. Från kvantmkanikn, lösning till Schrödingrkvationn i 3 dimnsionr, har vi att lktronrna har rörlsmängdsmomnt L = l ( l +1) h Klassiskt gr n lktron i moturs bana kring n cntralpunkt upphov till n ström I = q /T där q är lmntarladdningn och T omloppstidn. Strömslingan, som omslutr n ara A =πr 2 rsultrar i tt magntiskt momnt q 2 q 2 q q μ = IA = π r = π r = rν = ν T 2π r / ν 2 q ( m r) = L Elktronladdningn är ngativ strömmn riktad mdurs samt att μ är motriktad L r q μl = r L Potntilla nrgin för n magntisk dipol: U = -μ B 5A1247, modrn fysik, VT2007, KTH

7 Mn: i lösningar till Schrödingrkvationn rhölls, förutom att dt totala rörlsmängdsmomntt var kvantisrat, n kvantisring av rörlsmängdns komponnt längs n axl var kvantisrad. När man läggr på tt magntfält skapar man n dfinirad axl, (standard är att dfinira dnna som z-axln). Kvantittr man då kan studra är basrad på μ B llr μ x B där i båda falln kvantisringn längs z-axln (kvantal m l ) är avgörand. q μz = L z qh = m l = μ m Potntilla nrgin för n magntisk dipol: B l där μ B är Bohr-magntonn qh μb = = 9, J/T U r r qb qh = μ B = μzb = Lz = Bml = μbmlb Notra att m l båd kan ha positiva och ngativa värdn. Tillstånd md m l > 0 i magntfält B har högr nrgi än då z-komponntn av L är motriktad B. Dnna typ splittring av dgnrrrad nrginivår i magntfält som kan obsrvras i fotonnrgir i övrgångar kallas Zmanffktn. 5A1247, modrn fysik, VT2007, KTH

8 Innan vi går vidar och mätr om ffktn finns där: L = l ( l +1) h Eftrsom L vars storlk är aldrig är upplinjrad md z-axln kommr μ x B att vara 0. Klassiskt är vridmomntt på n dipol τ = μ x B motsvarand τ = = dl/dt Ur figurn fås: dl =Lsinθ dφ Mn vi också att dl = τ dt där r τ = q BLsinθ L kommr att prcssra kring z-axln md Larmor-frkvnsn: ω dφ = dt L 1 sin r dl L = = θ dt q B 5A1247, modrn fysik, VT2007, KTH

9 Strn-Grlachs xprimnt En atomstrål passrar tt inhomognt magntfält. Fältt är symmtriskt i y-ld och homognt i x-ld kraft brond på dipolmomnt i z-ld. Klassikt: ingn kvantisring, alla värdn tillåtna. För vät (i grundtillståndt) obsrvrads två band, mn i grundstillståndt är l =0, dvs L = 0. Obsrvrat Elktronn har tt inr magntiskt momnt och därmd tt slags inr rörlsmängdsmomnt: spinn 5A1247, modrn fysik, VT2007, KTH

10 Spinn skall int ss som att n utbrdd lktron rotrar och därmd får tt rörlsmängdsmomnt utan är n rlativistisk kvantmkanisk ffkt. Vi (i partiklfysikns standardmodll) btraktar idag lktronn som n punktpartikl. Parants: (Jämför: Elktronn är dn nda stabila punktpartikl vi idag kan använda för att studra andra partiklar. I dagns läg har man i laboratorir acclrrat lktronr till ca 100 GV/c rörlsmängd. Dtta motsvarar n dbroglivåglängd λ = h / p av ca m. Myckt bättr än så kan vi int uttala oss om utbrdning av n partikl. Elktriska dipolmomntt är (0,7±0,7) q cm. Protonn, som vi idag btraktar i dt närmast som n kulpås av kvarkar och gluonr (vilka är punktpartiklar) har n radi av m) Spinn kan ss analog md rörlsmängsmomntt för banrörls av lktronr. S = s( s +1) h s är tt kvanttal som bror av partiklslag. Varj partikl har tt bstämt s och kan int anta olika värdn. Dtta gällr för alla slags partiklar, int bara lktronr. För lktronr är s =1/2, mdan för t.x. W - (förmdlar svag växlvrkan) och fotonn är s =1. Notra att för lktronn och andra spinn-1/2 partiklar gällr: S = 1 1 ( ) h = 3 2 h 5A1247, modrn fysik, VT2007, KTH