Трехструйное событие

Явление в физике элементарных частиц

В физике элементарных частиц событие с тремя струями — это событие со многими частицами в конечном состоянии, которые кажутся сгруппированными в три струи . Одна струя состоит из частиц, которые разлетаются примерно в одном направлении. Можно нарисовать три конуса из точки взаимодействия, соответствующих струям, и большинство частиц, созданных в реакции, будут, по-видимому, принадлежать одному из этих конусов. Эти события в настоящее время являются наиболее прямыми доступными доказательствами существования глюонов и были впервые обнаружены в эксперименте TASSO на ускорителе PETRA в лаборатории DESY . ^[1]

Поскольку струи обычно образуются при адронизации кварков , а кварки образуются только парами , для объяснения событий, содержащих нечетное число струй, требуется дополнительная частица. Квантовая хромодинамика указывает, что эта частица представляет собой особенно энергичный глюон, излучаемый одним из кварков, который адронизируется примерно так же, как и кварк.

Особенно поразительной особенностью этих событий, которые впервые наблюдались в DESY и подробно изучались в экспериментах на коллайдере LEP , является их соответствие модели струн Лунда . Модель показывает, что «струны» низкоэнергетических глюонов будут сильнее всего образовываться между кварками и высокоэнергетическими глюонами, и что «разрыв» этих струн на новые пары кварк-антикварк (часть процесса адронизации) приведет к появлению некоторых «блуждающих» адронов между струями (и в одной плоскости). Поскольку взаимодействие кварк-глюон сильнее, чем взаимодействие кварк-кварк, такие адроны будут наблюдаться гораздо реже между двумя струями кварков. В результате модель предсказывает, что блуждающие адроны не будут появляться между двумя струями, но будут появляться между каждой из них и третьей. Именно это и наблюдается.

В качестве проверки физики также рассматривали события с фотоном , полученным в аналогичном процессе. В этом случае взаимодействие кварк-кварк является единственным сильным взаимодействием , поэтому между двумя кварками образуется «струна», а между соответствующими струями теперь появляются блуждающие адроны. Это различие между событиями с тремя струями и событиями с двумя струями с высокоэнергетическим фотоном, которое указывает на то, что третья струя обладает уникальными свойствами при сильном взаимодействии, может быть объяснено только тем, что исходная частица в этой струе является глюоном.

Ниже проиллюстрирована линия рассуждений. Рисунки не являются диаграммами Фейнмана ; это «моментальные снимки» во времени, показывающие два пространственных измерения.

• 
  Два кварка (сплошные линии) и глюон (завитая линия) разлетаются, при этом струны (красные полосы) в основном находятся между глюоном и каждым кварком.
• 
  В результате образуются три струи (конуса), а в местах образования струн обнаруживаются дополнительные адроны (стрелки).
• 
  Для сравнения физики рассмотрели события с двумя кварками и фотоном (волнистая линия). Здесь струна образуется только между кварками.
• 
  Таким образом, дополнительные адроны обнаруживаются только между двумя струями, что не согласуется с наблюдениями.

Угол Эллиса–Карлинера

Угол Эллиса–Карлинера — это кинематический угол между струями с самой высокой энергией в событии с тремя струями. ^[2] Угол измеряется не в лабораторной системе отсчета , а в системе отсчета, усиленной по энергии струи с самой высокой энергией, так что вторая и третья струи находятся спина к спине. Измеряя распределение угла Эллиса–Карлинера на электронно-позитронном накопительном кольце PETRA в DESY , физики определили, что глюон имеет спин один, а не спин ноль или спин два. ^{[3] [4]} Последующие эксперименты ^[5] на накопительном кольце LEP в ЦЕРНе подтвердили этот результат.

Ссылки

1. Р. Бранделик и др. ( сотрудничество с TASSO ) (1979). «Доказательства планарных событий в e ⁺ e ⁻ аннигиляции при высоких энергиях». Physics Letters B. 86 ( 2): 243–249. Bibcode :1979PhLB...86..243B. doi :10.1016/0370-2693(79)90830-X.
2. J. Ellis, I. Karliner (1979). "Измерение спина глюона в e+e− аннигиляции" (PDF) . Nuclear Physics B. 148 ( 1): 141–147. Bibcode :1979NuPhB.148..141E. doi :10.1016/0550-3213(79)90019-1. OSTI  1447027.
3. Р. Бранделик и др. ( Сотрудничество TASSO ) (1980). «Доказательства наличия глюона со спином 1 в трехструйных событиях». Physics Letters B. 97 ( 3–4): 453–458. Bibcode : 1980PhLB...97..453B. doi : 10.1016/0370-2693(80)90639-5.
4. C. Berger et al. ( Сотрудничество PLUTO ) (1980). «Исследование многоструйных событий в аннигиляции e ⁺ e ^{− ».} Physics Letters B. 97 ( 3–4): 459–464. Bibcode : 1980PhLB...97..459B. doi : 10.1016/0370-2693(80)90640-1.
5. G. Alexander et al. ( OPAL Collaboration ) (1991). "Измерение распределений трех струй, чувствительных к спину глюона в e+e−аннигиляциях при √s = 91 ГэВ" (PDF) . Zeitschrift für Physik C. 52 ( 4): 543. Bibcode : 1991ZPhyC..52..543A. doi : 10.1007/BF01562326. S2CID  51746005.

Дальнейшее чтение

• A. Ali, G. Kramer (2011). "JETS и QCD: Исторический обзор открытия кварковых и глюонных струй и его влияние на QCD". European Physical Journal H . 36 (2): 245–326. arXiv : 1012.2288 . Bibcode :2011EPJH...36..245A. doi :10.1140/epjh/e2011-10047-1. S2CID  54062126.
• P. Söding (2010). "Об открытии глюона" (PDF) . European Physical Journal H. 35 ( 1): 3–28. Bibcode : 2010EPJH...35....3S. doi : 10.1140/epjh/e2010-00002-5. S2CID  8289475.
• W. Bartel et al. ( JADE Collaboration ) (1980). «Наблюдение плоских трехструйных событий в аннигиляции e+e− и доказательства тормозного излучения глюона». Physics Letters B. 91 ( 1): 142–147. Bibcode : 1980PhLB...91..142B. doi : 10.1016/0370-2693(80)90680-2.
• W. Bartel et al. ( JADE Collaboration ) (1981). «Экспериментальное изучение струй при аннигиляции электронов и позитронов». Physics Letters B. 101 ( 1–2): 129–134. Bibcode : 1981PhLB..101..129B. doi : 10.1016/0370-2693(81)90505-0.
• D. Barber et al. (сотрудничество MARK J) (1979). «Открытие событий с тремя струями и проверка квантовой хромодинамики в PETRA». Physical Review Letters . 43 (12): 830–833. Bibcode : 1979PhRvL..43..830B. doi : 10.1103/PhysRevLett.43.830. S2CID  13903005.
• B. Adeva et al. (MARK J Collaboration) (1983). "Модельно-независимое определение второго порядка константы сильной связи α _s ". Physical Review Letters . 50 (26): 2051–2053. Bibcode :1983PhRvL..50.2051A. doi :10.1103/PhysRevLett.50.2051.
• C. Berger и др. ( Сотрудничество PLUTO ) (1979). «Доказательства тормозного излучения глюона в аннигиляциях e ⁺ e ^{− при высоких энергиях».} Physics Letters B. 86 ( 3–4): 418–425. Bibcode : 1979PhLB...86..418B. doi : 10.1016/0370-2693(79)90869-4.
• К. Бергер и др. ( Коллаборация ПЛУТОН ) (1985). «Исследование энергоэнергетических корреляций в e ⁺ e ⁻ аннигиляции при √s = 34,6 ГэВ». Zeitschrift für Physik C. 28 (3): 365. Бибкод : 1985ZPhyC..28..365B. дои : 10.1007/BF01413599. S2CID  123243445.
• Р. Бранделик и др. ( Сотрудничество TASSO ) (1979). «Доказательства плоских событий в аннигиляции e ⁺ e ⁻ при высоких энергиях». Physics Letters B. 86 ( 2): 243–249. Bibcode : 1979PhLB...86..243B. doi : 10.1016/0370-2693(79)90830-X.
• Р. Бранделик и др. ( Сотрудничество TASSO ) (1980). «Доказательства наличия спина 1 глюона в трехструйных событиях». Physics Letters B. 97 ( 3–4): 453–458. Bibcode : 1980PhLB...97..453B. doi : 10.1016/0370-2693(80)90639-5.