Струя (физика элементарных частиц)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Событие рождения двух t-кварков в детекторе CDF (англ.). В данном событии присутствуют 4 струи. Так как t-кварк распадается на b-кварк и W-бозон, то мы имеем 4 кварка: 2 b-кварка и 2 кварка из распада одного W-бозона, второй W-бозон распался на лептон и нейтрино. Иллюстрация по данным ускорителя Теватрон.

Адронная струя образуется несколькими элементарными частицами, летящими в одном направлении[1] в узком конусе. Физическая причина образования струи — адронизация кварка или глюона с большой энергией (много большей, чем масса пиона). В природе адронные струи образуются только искусственным образом, в экспериментах в физике высоких энергий.

Адронные струи в современных экспериментах[править | править исходный текст]

Экспериментально адронные струи изучаются при анализе энергии, оставленной заряженными частицами в калориметре детектора частиц. Обычно, калориметр разбит на множество небольших ячеек, в которых измеряется «высвеченная» энергия адронов, то есть энергия взаимодействия заряженных частиц или фотонов с материалом калориметра. Ячейки играют роль отдельных частиц для струи, и из них можно реконструировать струю и измерить некоторые её характеристики.

Примеры важных экспериментальных техник, необходимых для изучения адронных струй:

Образование струй[править | править исходный текст]

Струи образуются в процессах рассеяния элементарных частиц, где рассеиваются или рождаются цветные объекты партоны, кварки или глюоны. Типичные процессы, где образуются струи, — аннигиляция электрона и позитрона в состояние гамма-квант/Z-бозон, при распаде которого образуется 2 кварка. Далее кварки адронизуются и образуют струи. Впервые такие события (их называют двухструйные события) наблюдались в экспериментах на электрон-позитронном коллайдере SPEAR в лаборатории SLAC (США) в 1975 г.

Вероятность получить определённое состояние со струями при рассеянии протонов можно посчитать используя пертурбативные методы квантовой хромодинамики и функции распределения партонов в протоне. Более точно, можно посчитать сечение рождения двух кварков, например в древесном приближении, тогда импульсы кварков будут соответствовать направлению струй в событии.

 \sigma_{ij \rightarrow q_1q_2} = \sum_{i, j} \int d x_1 d x_2 d\hat{t} f_i^1(x_1, Q^2) f_j^2(x_2, Q^2) \frac{d\hat{\sigma}_{ij \rightarrow q_1q_2}}{d\hat{t}},

где x, Q^2 — переменная Фейнмана (доля импульса начального протона, которую несёт партон) и переданный импульс в процессе, соответственно; \hat{\sigma}_{ij \rightarrow q_1q_2} — сечение процесса образования двух кварков q_1 и q_2 из начальных партонов i и j; f_i^a(x, Q^2) — партонное распределение для партона типа i в пучке a.

Фрагментация струи[править | править исходный текст]

Из-за эффекта адронизации вылетающий из точки столкновения кварк или глюон (далее будем говорить о партоне) излучает глюоны и кварк-антикварковые пары. Этот явление сродни тормозному электромагнитному излучению заряженной частицы, летящей в электромагнитном поле. Хромодинамическое поле создаётся, как другими частицами в точке столкновения, так и излучёнными самим партоном частицами. Особенностью образования струи является обесцвечивание первоначального партона. Так как начальный партон имеет цвет, а струя должна состоять из бесцветных адронов (или продуктов их распадов), нельзя построить изолированный механизм образования струи без учёта взаимодействия с другими частицами в столкновении. Механизм образования струи бесцветных адронов из нескольких цветных партонов, образовавшихся в результате эволюции струи, с учётом компенсации цвета, называют фрагментацией струи.

Примечания[править | править исходный текст]

Ссылки[править | править исходный текст]

Компьютерное моделирование струй[править | править исходный текст]