Jet (částicová fyzika)

Hadronový proud je tvořen několika elementárními částicemi letícími stejným směrem [1] v úzkém kuželu. Fyzikálním důvodem pro vznik jetu je hadronizace kvarku nebo gluonu s vysokou energií (mnohem větší než hmotnost pionu ). V přírodě se hadronové výtrysky vytvářejí pouze uměle, při experimentech ve fyzice vysokých energií .

Hadronové trysky v moderních experimentech

Experimentálně jsou hadronové výtrysky studovány analýzou energie zanechané nabitými částicemi v kalorimetru částicového detektoru. Obvykle je kalorimetr rozdělen na mnoho malých článků, ve kterých se měří „osvětlená“ energie hadronů, tedy energie interakce nabitých částic nebo fotonů s materiálem kalorimetru. Buňky plní pro jet roli samostatných částic a z nich je možné jet rekonstruovat a měřit některé jeho charakteristiky.

Příklady důležitých experimentálních technik potřebných ke studiu hadronových trysek:

Trysková rekonstrukce (např. algoritmus rekonstrukce jednoduchého kužele nebo algoritmus kT )
Kompenzační technika pro neutrální složku proudu (energie unášená neutrálními částicemi)
Označování chuti kvarku (např. b-tagging ).

Jet formace

Výtrysky vznikají v procesech rozptylu elementárních částic, kdy se rozptylují nebo vytvářejí barevné objekty jako partony , kvarky nebo gluony . Typickými procesy, při kterých vznikají výtrysky, je anihilace elektronu a pozitronu do stavu gama kvanta / Z-bosonu , který se rozpadá na 2 kvarky . Kvarky pak hadronizují a tvoří jety. Poprvé byly takové jevy (nazývají se dvouproudové jevy) pozorovány v experimentech na elektron-pozitronovém urychlovači SPEAR v laboratoři SLAC (USA) v roce 1975 .

Pravděpodobnost dosažení určitého stavu s jety při rozptylu protonů lze vypočítat pomocí poruchových metod kvantové chromodynamiky a distribuční funkce partonů v protonu. Přesněji lze vypočítat průřez pro produkci dvou kvarků, například ve stromové aproximaci, pak hybnost kvarků bude odpovídat směru jetů v případě.

\sigma _{ij\rightarrow 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\rightarrow q_{1}q_{2}}}{d{\hat {t}}}},

kde , jsou Feynmanova proměnná (část hybnosti počátečního protonu neseného partonem) a hybnost přenesená v procesu, v tomto pořadí; je průřez pro vytvoření dvou kvarků az počátečních partonů a ; je rozdělení partonů pro parton typu v paprsku . $X$ $Q^{2}$ ${\hat {\sigma }}_{ij\rightarrow q_{1}q_{2}}$ $q_{1}$ $q_{2}$ $i$ $j$ $f_{i}^{a}(x,Q^{2})$ $i$ $A$

Top kvark , nejtěžší známá částice, se ve většině případů rozpadá na tři hadronové jety, které jsou obvykle nasměrovány různými směry [2] .

Trysková fragmentace

Vlivem hadronizace kvark nebo gluon (dále jen parton) emitovaný ze srážkového bodu emituje gluony a páry kvark-antikvark. Tento jev je podobný brzdnému záření nabité částice letící v elektromagnetickém poli. Chromodynamické pole je vytvářeno jak jinými částicemi v místě srážky, tak částicemi emitovanými samotným partonem. Specifickým rysem tvorby trysek je změna barvy počátečního partonu. Protože počáteční parton má barvu a výtrysk se musí skládat z bezbarvých hadronů (nebo produktů jejich rozpadu), je nemožné sestrojit mechanismus tvorby izolovaného výtrysku bez zohlednění interakce s jinými částicemi při srážce. Mechanismus vzniku paprsku bezbarvých hadronů z několika barevných partonů vzniklých v důsledku vývoje paprsku s přihlédnutím k barevné kompenzaci se nazývá fragmentace paprsku.

Poznámky

↑ Experimenty na Hadron Colliders . Hadronové trysky . Prvky. Získáno 9. srpna 2013. Archivováno z originálu 19. srpna 2013. (neurčitý)
↑ Detailní struktura hadronových jetů pomáhá analyzovat nové typy procesů . Datum přístupu: 18. května 2014. Archivováno z originálu 18. května 2014. (neurčitý)

Odkazy

M. Peskin a D. Schroeder, "Úvod do kvantové teorie pole" (Westview, Boulder, CO, 1995 (ang.) nebo "RCD", 2001 (rus.) )
B. Andersson, The Lund Model (Cambridge University Press, 1998) (anglicky)
Jet discovery: G. Hanson et al., Potvrzení jetové struktury produkce hadronu při e+e- anihilaci , Phys.Rev.Lett.35:1609 (1975). (Angličtina)
Strunový model pro proudnice: B. Andersson a kol., "Partonova fragmentace a dynamika strun" , Phys. Rep. 97 , 31-145 (1983). (Angličtina)
Algoritmy pro rekonstrukci trysek: S. D. Ellis, D. E. Souper, "Sequential Combination Algorithm for Jets in Hadron Collisions" , Phys. Rev. D48 , 3160-3166 (1993). (Angličtina)
Jet Quenching Effect: M. Juliassi a kol., "Jet Quenching and Radiative Energy Losses in Dense Nuclear Matter" , v Quark-Gluon Plasma 3 ed. R. S. Hwa a K.-N. Vanga (World Scientific, Singapur, 2003). (Angličtina)
Přednášky o QCD a Jets: G. Sterman, "QCD and Jets" , předtisk YITP-SB-04-59 (2004). (Angličtina)

Počítačové modelování trysek

Generátor Pythia Monte Carlo
Generátor Herwig / Herwig++ Monte Carlo