Русская Википедия:Струя (физика элементарных частиц)
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 (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.
- <math> \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}}, </math>
где <math>x</math>, <math>Q^2</math> — переменная Фейнмана (доля импульса начального протона, которую несёт партон) и переданный импульс в процессе, соответственно; <math>\hat{\sigma}_{ij \rightarrow q_1q_2}</math> — сечение процесса образования двух кварков <math>q_1</math> и <math>q_2</math> из начальных партонов <math>i</math> и <math>j</math>; <math>f_i^a(x, Q^2)</math> — партонное распределение для партона типа <math>i</math> в пучке <math>a</math>.
Топ-кварк, самая тяжёлая из известных частиц, в большинстве случаев распадается на три адронные струи, которые обычно направлены в разные стороны[2].
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.
Примечания
Ссылки
- М. Пескин и Д. Шредер, «Введение в квантовую теорию поля» (Westview, Boulder, CO, 1995 г.Шаблон:Ref-en или «РХД», 2001 г.Шаблон:Ref-ru)
- Б. Андерссон, «Лунд модель» (Cambridge University Press, 1998 г.)Шаблон:Ref-en
- Открытие струй: Г. Хансон и др., Подтверждение струйной структуры рождения адронов при e+ e- аннигиляции, Phys.Rev.Lett.35:1609 (1975).Шаблон:Ref-en
- Струнная модель для струй: Б. Андерссон и др., «Фрагментация партонов и струнная динамика», Phys. Rep. 97, 31-145 (1983).Шаблон:Ref-en
- Алгоритмы реконструкции струй: С. Д. Эллис, Д. Е. Соупер, «Алгоритм последовательного комбинирования для струй в адронных столкновений», Phys. Rev. D48, 3160-3166 (1993).Шаблон:Ref-en
- Эффект гашения струй: М. Жюлиасси и др., «Гашение струй и радиационные потери энергии в плотной ядерной материи», в Кварк-глюонная плазма 3 под ред. Р. С. Хва и К.-Н. Ванга (World Scientific, Singapore, 2003).Шаблон:Ref-en
- Лекции по КХД и струям: Г. Стерман, «КХД и струи», препринт YITP-SB-04-59 (2004).Шаблон:Ref-en
Компьютерное моделирование струй
