Струмінь (фізика елементарних частинок)

Подія народження двох t-кварків в детекторі CDF ( англ.). У даній події присутні 4 струменя. Так як t-кварк розпадається на b-кварк і W-бозон, то ми маємо 4 кварка: 2 b-кварка і 2 кварка з розпаду одного W-бозона, другий W-бозон розпався на лептон і нейтрино. Ілюстрація з даними прискорювача Теватрон.

Адронний струмінь утворюється декількома елементарними частинками, що летять в одному напрямку у вузькому конусі. Фізична причина утворення струменя - адронізація кварка або глюонів з великою енергією (багато більшою, ніж маса піона). У природі адронний струменя утворюються тільки штучним чином, в експериментах в фізики високих енергій.


1. Адронний струменя в сучасних експериментах

Експериментально адронний струменя вивчаються при аналізі енергії, залишеної зарядженими частинками в калориметр детектора частинок. Зазвичай, калориметр розбитий на безліч невеликих осередків, в яких вимірюється "висвітленому" енергія адронів, тобто енергія взаємодії заряджених частинок або фотонів з матеріалом калориметра. Осередки грають роль окремих частинок для струменя, і з них можна реконструювати струмінь і виміряти деякі її характеристики.

Приклади важливих експериментальних технік, необхідних для вивчення адронний струменів:

  • Реконструкція струменя (наприклад, простий конусний алгоритм реконструкції або k T алгоритм)
  • Техніка компенсації нейтральної компоненти струменя (енергії, унесенной нейтральними частинками)
  • Тагірованіе аромату кварків (наприклад, b-тагірованіе).

2. Освіта струменів

Струменя утворюються в процесах розсіяння елементарних частинок, де розсіюються або народжуються кольорові об'єкти Партон, кварки або глюони. Типові процеси, де утворюються струмені, - анігіляція електрона і позитрона в стан гамма-квант / Z-бозон, при розпаді якого утворюється 2 кварка. Далі кварки адронізуются і утворюють струменя. Вперше такі події (їх називають двухструйние події) спостерігалися в експериментах на електрон-позитронного коллайдера SPEAR ( англ.) в лабораторії SLAC (США) в 1975 р.

Вірогідність отримати певний стан із струменями при розсіюванні протонів можна порахувати використовуючи пертурбатівние методи квантової хромодинаміки і функції розподілу партонов в протони. Більш точно, можна порахувати перетин народження двох кварків, наприклад в деревному наближенні, тоді імпульси кварків будуть відповідати напрямку струменів у події.

\ 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}},

де x , Q ^ 2 - Змінна Фейнмана (частка імпульсу початкового протона, яку несе Партон) і переданий імпульс у процесі, відповідно; \ Hat {\ sigma} _ {ij \ rightarrow q_1q_2} - Перетин процесу утворення двох кварків q_1 і q_2 з початкових партонов i і j ; f_i ^ a (x, Q ^ 2) - Партон розподіл для Партон типу i в пучку a .


3. Фрагментація струменя

Через ефекту адронізаціі вилітає з точки зіткнення кварк або Глюон (далі будемо говорити про Партон) випромінює глюони і кварк-антікварковие пари. Цей явище схоже гальмівного електромагнітному випромінюванню зарядженої частинки, що летить в електромагнітному полі. Хромодінаміческое поле створюється, як іншими частками в точці зіткнення, так і випромінюванням самим Партон частками. Особливістю утворення струменя є знебарвлення первісного Партон. Так як початковий Партон має колір, а струмінь повинна складатися з безбарвних адронів (або продуктів їх розпадів), не можна побудувати ізольований механізм утворення струменя без урахування взаємодії з іншими частками в зіткненні. Механізм утворення струменя безбарвних адронів з декількох кольорових партонов, що утворилися в результаті еволюції струменя, з урахуванням компенсації кольору, називають фрагментацією струменя.