Трехреактивное мероприятие

В физике элементарных частиц событие с тремя струями — это событие , в котором множество частиц в конечном состоянии кажутся сгруппированными в три струи . Одна струя состоит из частиц, которые разлетаются примерно в одном направлении. Из точки взаимодействия можно провести три конуса, соответствующих струям, и большинство частиц, образующихся в реакции, окажется принадлежащим одному из этих конусов. Эти события в настоящее время являются наиболее прямым доступным доказательством существования глюонов и впервые наблюдались в эксперименте TASSO на ускорителе PETRA в лаборатории DESY .

Поскольку джеты обычно образуются при кварков адронизации , а кварки рождаются только парами , для объяснения событий, содержащих нечетное количество струй, требуется дополнительная частица. Квантовая хромодинамика показывает, что эта частица представляет собой особо энергичный глюон, излучаемый одним из кварков, который адронизируется так же, как и кварк.

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

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

Ход рассуждений проиллюстрирован ниже. Эти рисунки не являются диаграммами Фейнмана ; они являются «снимками» во времени и показывают два пространственных измерения.

• 
  Два кварка (сплошные линии) и глюон (фигурная линия) разлетаются друг от друга, при этом струны (красные полосы) располагаются главным образом между глюоном и каждым кварком.
• 
  В результате образуются три струи дополнительные адроны (стрелки). (конуса), а в местах образования струн обнаруживаются
• 
  Для сравнения физики рассмотрели события с двумя кварками и фотоном (волнистая линия). Здесь струна образуется только между кварками.
• 
  Поэтому лишние адроны обнаруживаются только между двумя струями, что противоречит наблюдениям.

Угол Эллиса–Карлинера

Угол Эллиса-Карлинера - это кинематический угол между струями самой высокой энергии в трехструйном событии. Угол измеряется не в лабораторной системе отсчета , а в системе, усиленной по энергии струи с наибольшей энергией, так что вторая и третья струи расположены спина к спине. Измеряя распределение угла Эллиса-Карлинера в PETRA электрон-позитронном накопителе в DESY , физики определили, что глюон имеет спин один, а не спин ноль или спин два. Последующие эксперименты на LEP накопителе в ЦЕРНе подтвердили этот результат.

Дальнейшее чтение

• А. Али, Г. Крамер (2011). «СТРУИ и КХД: исторический обзор открытия кварковых и глюонных струй и их влияние на КХД». Европейский физический журнал H . 36 (2): 245–326. arXiv : 1012.2288 . Бибкод : 2011EPJH...36..245A . дои : 10.1140/epjh/e2011-10047-1 . S2CID   54062126 .
• П. Сёдинг (2010). «Об открытии глюона» (PDF) . Европейский физический журнал H . 35 (1): 3–28. Бибкод : 2010EPJH...35....3S . дои : 10.1140/epjh/e2010-00002-5 . S2CID   8289475 .
• В. Бартель и др. ( Сотрудничество JADE ) (1980). «Наблюдение плоских трехструйных событий в e ⁺ и ⁻ аннигиляция и доказательства тормозного излучения глюонов» . Physics Letters B. 91 ( 1): 142–147. Бибкод : 1980PhLB...91..142B . doi : 10.1016/0370-2693(80)90680-2 .
• В. Бартель и др. ( Сотрудничество JADE ) (1981). «Экспериментальное исследование струй при электрон-позитронной аннигиляции». Буквы по физике Б. 101 (1–2): 129–134. Бибкод : 1981PhLB..101..129B . дои : 10.1016/0370-2693(81)90505-0 .
• Д. Барбер и др. ( Сотрудничество MARK J ) (1979). «Открытие трехструйных событий и испытание квантовой хромодинамики в PETRA». Письма о физических отзывах . 43 (12): 830–833. Бибкод : 1979PhRvL..43..830B . doi : 10.1103/PhysRevLett.43.830 . S2CID   13903005 .
• Б. Адева и др. ( Сотрудничество MARK J ) (1983). «Независимое от модели определение константы сильной связи α _s второго порядка ». Письма о физических отзывах . 50 (26): 2051–2053. Бибкод : 1983PhRvL..50.2051A . doi : 10.1103/PhysRevLett.50.2051 .
• К. Бергер и др. ( Коллаборация ПЛУТО ) (1979). «Доказательства глюонного тормозного излучения в e ⁺ и ⁻ аннигиляции 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 эл. ⁺ и ⁻ аннигиляции при √s = 34,6 ГэВ». Journal of Physics C. 28 ( 3): 365. Bibcode : 1985ZPhyC..28..365B . doi : 10.1007/BF01413599 . S2CID   123243445 .
• Р. Бранделик и др. ( Сотрудничество ТАССО ) (1979). «Свидетельства плоских событий в e ⁺ и ⁻ аннигиляция 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 ТАССО ) (1980). «Доказательства существования глюона со спином 1 в трехструйных событиях». Буквы по физике Б. 97 (3–4): 453–458. Бибкод : 1980PhLB...97..453B . дои : 10.1016/0370-2693(80)90639-5 .