Jet (partikelfysik)

En hadronstråle bildas av flera elementarpartiklar som flyger i samma riktning [1] i en smal kon. Det fysiska skälet till bildandet av en jet är hadroniseringen av en kvark eller gluon med hög energi (mycket större än pionens massa ) . I naturen bildas hadroniska jetstrålar endast artificiellt, i experiment i högenergifysik .

Hadron-jets i moderna experiment

Experimentellt studeras hadroniska jetstrålar genom att analysera energin som lämnas av laddade partiklar i kalorimetern på en partikeldetektor. Vanligtvis är kalorimetern uppdelad i många små celler, i vilka den "upplysta" energin hos hadroner mäts, det vill säga energin för interaktion av laddade partiklar eller fotoner med kalorimeterns material. Cellerna spelar rollen som separata partiklar för strålen, och från dem är det möjligt att rekonstruera strålen och mäta några av dess egenskaper.

Exempel på viktiga experimentella tekniker som behövs för att studera hadronstrålar:

Jet-rekonstruktion (t.ex. enkel konrekonstruktionsalgoritm eller k T- algoritm)
Kompensationsteknik för den neutrala komponenten i strålen (energi som transporteras av neutrala partiklar)
Quarksmakmärkning ( t.ex. b-märkning ) .

Jetformation

Strålar bildas i processerna av elementär partikelspridning, där färgade föremål som partoner , kvarkar eller gluoner sprids eller produceras . Typiska processer där strålar bildas är förintelsen av en elektron och en positron till ett tillstånd av gammakvantum / Z-boson , som sönderfaller till 2 kvarkar . Kvarkarna haderoniserat och bildar jetstrålar. För första gången observerades sådana händelser (de kallas två-jet-händelser) i experiment vid SPEAR -elektron-positronkollideren i SLAC - laboratoriet (USA) 1975 .

Sannolikheten att erhålla ett visst tillstånd med jetstrålar under protonspridning kan beräknas med hjälp av de störande metoderna för kvantkromodynamik och fördelningsfunktionen för partoner i en proton. Mer exakt kan man beräkna tvärsnittet för produktion av två kvarkar, till exempel i trädapproximationen, då kommer kvarkarnas momenta att motsvara strålarnas riktning i händelsen.

\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}}}},

där , är Feynman-variabeln (bråkdelen av rörelsemängden för den initiala protonen som bärs av partonen) respektive rörelsemängden som överförs i processen; är tvärsnittet för bildandet av två kvarkar och från initiala partoner och ; är partonfördelningen för en parton av typen i balken . $x$ $Q^{2}$ ${\hat {\sigma }}_{ij\rightarrow q_{1}q_{2}}$ $q_{1}$ $q_{2}$ $i$ $j$ $f_{i}^{a}(x,Q^{2})$ $i$ $a$

Toppkvarken , den tyngsta kända partikeln, sönderfaller i de flesta fall till tre hadronstrålar, som vanligtvis är riktade i olika riktningar [2] .

Jetfragmentering

På grund av effekten av hadronisering avger en kvark eller gluon (nedan kallad parton) som emitteras från kollisionspunkten gluoner och kvark-antikvarkpar. Detta fenomen liknar bremsstrahlung av en laddad partikel som flyger i ett elektromagnetiskt fält. Det kromodynamiska fältet skapas både av andra partiklar vid kollisionspunkten och av partiklar som emitteras av partonen själv. En specifik egenskap hos jetbildning är missfärgningen av den initiala partonen. Eftersom den initiala partonen har en färg, och strålen måste bestå av färglösa hadroner (eller deras sönderfallsprodukter), är det omöjligt att konstruera en isolerad jetbildningsmekanism utan att ta hänsyn till interaktionen med andra partiklar vid en kollision. Mekanismen för bildandet av en stråle av färglösa hadroner från flera färgade partoner som bildas som ett resultat av strålens utveckling, med hänsyn till färgkompensation, kallas jetfragmentering.

Anteckningar

↑ Experiment på Hadron Colliders . Hadron jets . Element. Hämtad 9 augusti 2013. Arkiverad från originalet 19 augusti 2013. (obestämd)
↑ Detaljerad struktur av hadronstrålar hjälper till att analysera nya typer av processer . Tillträdesdatum: 18 maj 2014. Arkiverad från originalet 18 maj 2014. (obestämd)

Länkar

M. Peskin och D. Schroeder, "Introduction to Quantum Field Theory" (Westview, Boulder, CO, 1995 (eng.) eller "RCD", 2001 (rus.) )
B. Andersson, The Lund Model (Cambridge University Press, 1998) (engelska)
Jet discovery: G. Hanson et al., Confirmation of the jet structure of hadron production in e+e-annihilation , Phys.Rev.Lett.35:1609 (1975). (Engelsk)
Strängmodell för jets: B. Andersson et al., "Parton fragmentation and string dynamics" , Phys. Rep. 97 , 31-145 (1983). (Engelsk)
Jetrekonstruktionsalgoritmer: S.D. Ellis, D.E. Souper, "A Sequential Combination Algorithm for Jets in Hadron Collisions" , Phys. Varv. D48 , 3160-3166 (1993). (Engelsk)
Jet Quenching Effect: M. Juliassi et al., "Jet Quenching and Radiative Energy Losses in Dense Nuclear Matter" , i Quark-Gluon Plasma 3 ed. R.S. Hwa och K.-N. Vanga (World Scientific, Singapore, 2003). (Engelsk)
Föreläsningar om QCD och Jets: G. Sterman, "QCD and Jets" , förtryck YITP-SB-04-59 (2004). (Engelsk)

Datormodellering av jets

Pythia Monte Carlo Generator
Herwig / Herwig++ Monte Carlo Generator