Начальное и конечное состояние излучения

В теории поля квантовой излучение в начальном и конечном состоянии относится к определенным видам радиационного излучения, которые не происходят из-за ^{[ нужны разъяснения ]} аннигиляция частиц . ^[1]^[2] Это важно при экспериментальных и теоретических исследованиях взаимодействий на коллайдерах частиц.

Объяснение начального и конечного состояний

Ускорители частиц и коллайдеры производят столкновения (взаимодействия) частиц (таких как электрон или протон ). В терминологии квантового состояния сталкивающиеся частицы образуют Начальное Состояние . При столкновении частицы могут уничтожаться и/или обмениваться местами, создавая, возможно, разные наборы частиц, Конечные состояния . Начальное и Конечное состояния взаимодействия связаны через так называемую матрицу рассеяния ( S-матрицу ).

Амплитуда вероятности перехода квантовой системы из начального состояния, имеющего вектор состояния $|i\rangle$ к конечному вектору состояния $|f\rangle$ задается элементом матрицы рассеяния

S_{fi}=\langle f|S|i\rangle \;,

где $S$ это S-матрица .

Пример электрон-позитронной аннигиляции

Аннигиляционное взаимодействие электрона и позитрона :

$e^{+}e^{-}\to 2\gamma$

имеет вклад диаграммы Фейнмана второго порядка, показанной рядом:

В исходном состоянии (внизу; раннее время) находится один электрон (e ⁻) и один позитрон (e ⁺) и в конечном состоянии (вверху; позднее время) находятся два фотона (γ).

Возможны и другие состояния. Например, в ЛЭП .
и ⁺
+
и ⁻
→
и ⁺
+
и ⁻
, или
и ⁺
+
и ⁻
→
м ⁺
+
м ⁻
Это процессы, в которых начальным состоянием является электрон и позитрон, сталкивающиеся с образованием электрона и позитрона или двух мюонов с противоположным зарядом: конечные состояния .

Феноменология

В случае излучения в начальном состоянии одна из входящих частиц излучает излучение (например, фотон, wlog ) до взаимодействия с другими, поэтому энергия луча уменьшается до передачи импульса; тогда как при излучении конечного состояния рассеянные частицы излучают излучение, и, поскольку передача импульса уже произошла, результирующая энергия пучка уменьшается.

По аналогии с тормозным излучением , если излучение электромагнитное, его иногда называют лучевым излучением , и аналогично оно может иметь глюонное излучение (как показано на рисунке Фейнмана с глюоном) и в случае КХД.

Вычислительные проблемы

В этих простых случаях не программного обеспечения для автоматического расчета требуются пакеты , и аналитическое выражение сечения можно легко получить, по крайней мере, для самого низкого приближения: приближение Борна также называется ведущим порядком или уровнем дерева (поскольку диаграммы Фейнмана имеют только ствол и уровень дерева). ветвей, без петель). Однако взаимодействия при более высоких энергиях открывают широкий спектр возможных конечных состояний и, следовательно, увеличивают количество процессов для расчета.

Расчет амплитуд вероятностей в теоретической физике элементарных частиц требует использования достаточно больших и сложных интегралов по большому числу переменных. Однако эти интегралы имеют регулярную структуру и могут быть графически представлены в виде диаграмм Фейнмана. Диаграмма Фейнмана представляет собой вклад определенного класса траекторий частиц, которые соединяются и разделяются, как описано на диаграмме. Точнее и технически, диаграмма Фейнмана — это графическое представление пертурбативного вклада в амплитуду перехода или корреляционную функцию квантово-механической или статистической теории поля. В рамках канонической формулировки квантовой теории поля диаграмма Фейнмана представляет собой член расширения Вика пертурбативной S-матрицы . Альтернативно, формулировка квантовой теории поля с помощью интеграла по путям представляет амплитуду перехода как взвешенную сумму всех возможных историй системы от начального до конечного состояния с точки зрения частиц или полей. Амплитуда перехода тогда задается как матричный элемент S-матрицы между начальным и конечным состояниями квантовой системы.

Ссылки

^ Радиационные поправки , Питер Шнац. По состоянию на 8 марта 2013 г.
^ Уменьшение неопределенности в эффективности обнаружения для Π ⁰ Частицы в BABAR , Ким Алвин. По состоянию на 8 марта 2013 г.

Внешние ссылки

Начальное и конечное состояние радиации в производстве Z , Выживший в квантовых дневниках.
Взаимодействие пучка-пучка , Д. Шульте
ISR и лучевое излучение

[1] Радиационные поправки , Питер Шнац. По состоянию на 8 марта 2013 г.

[2] Уменьшение неопределенности в эффективности обнаружения для Π ⁰ Частицы в BABAR , Ким Алвин. По состоянию на 8 марта 2013 г.

[1]

[2]