Струя (физика элементарных частиц)

28-04-2021, 10:41

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

Адронные струи в современных экспериментах

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:

  • Реконструкция струи (например, простой конусный алгоритм реконструкции или kT алгоритм)
  • Техника компенсации нейтральной компоненты струи (энергии, унесённой нейтральными частицами)
  • Тагирование аромата кварков (например, b-тагирование).

Образование струй

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.

σ i j → q 1 q 2 = ∑ i , j ∫ d x 1 d x 2 d t ^ f i 1 ( x 1 , Q 2 ) f j 2 ( x 2 , Q 2 ) d σ ^ i j → q 1 q 2 d t ^ , {displaystyle sigma _{ij ightarrow q_{1}q_{2}}=sum _{i,j}int dx_{1}dx_{2}d{hat {t}}f_{i}^{1}(x_{1},Q^{2})f_{j}^{2}(x_{2},Q^{2}){frac {d{hat {sigma }}_{ij ightarrow q_{1}q_{2}}}{d{hat {t}}}},}

где x {displaystyle x} , Q 2 {displaystyle Q^{2}} — переменная Фейнмана (доля импульса начального протона, которую несёт партон) и переданный импульс в процессе, соответственно; σ ^ i j → q 1 q 2 {displaystyle {hat {sigma }}_{ij ightarrow q_{1}q_{2}}} — сечение процесса образования двух кварков q 1 {displaystyle q_{1}} и q 2 {displaystyle q_{2}} из начальных партонов i {displaystyle i} и j {displaystyle j} ; f i a ( x , Q 2 ) {displaystyle f_{i}^{a}(x,Q^{2})} — партонное распределение для партона типа i {displaystyle i} в пучке a {displaystyle a} .

Топ-кварк, самая тяжёлая из известных частиц, в большинстве случаев распадается на три адронные струи, которые обычно направлены в разные стороны.

Фрагментация струи

Из-за эффекта адронизации вылетающий из точки столкновения кварк или глюон (далее будем говорить о партоне) излучает глюоны и кварк-антикварковые пары. Это 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.


  • Гамма-400
  • t-кварк
  • Периодические коллоидные структуры
  • Институт теоретической физики имени Н. Н. Боголюбова НАН Украины
  • Изотопический спин

  •  

    • Яндекс.Метрика
    • Индекс цитирования