R-адрон

R-адроны — это гипотетические частицы, состоящие из суперсимметричной частицы и как минимум одного кварка .

Теория

Лишь немногие из современных теорий суперсимметрии предсказывают существование R-адронов, поскольку в большей части пространства параметров все суперсимметричные частицы настолько разделены по массе, что их распады происходят очень быстро (за исключением LSP , которая стабильна в все теории SUSY с R-четностью ).

R-адроны возможны, когда цветная (в смысле КХД ) суперсимметричная частица (например, глюино или скварк ) имеет среднее время жизни, превышающее типичный масштаб времени адронизации , и поэтому связанные состояния КХД образуются с обычными партонами ( кварки и глюоны ), по аналогии с обычными адронами .

Одним из примеров теории, предсказывающей наблюдаемые R-адроны, является Split SUSY .Его главная особенность, по сути, состоит в том, что все новые бозоны имеют очень высокие массы, и только новые фермионы находятся в ТэВном масштабе, т.е. доступны в экспериментах ATLAS и CMS в $pp$ Столкновения на БАКе .Одним из таких новых фермионов будет глюино ( спин 1/2, что соответствует суперсимметричному партнеру бозона со спином 1, глюону ).Глюино, будучи окрашенным, может распадаться только на другие цветные частицы. Но R-четность предотвращает прямой распад на кварки и/или глюоны, а с другой стороны, единственными другими цветными суперсимметричными частицами являются скварки , которые, будучи бозонами (спин 0, будучи партнерами кварков со спином 1/2), имеют гораздо более высокая масса в Split SUSY.

Все это в совокупности означает, что распад глюино может происходить только через виртуальную частицу — скварк большой массы. Среднее время распада зависит от массы промежуточной виртуальной частицы и в этом случае может быть очень большим.Это дает уникальную возможность наблюдать SUSY-частицу напрямую, в детекторе частиц , вместо того, чтобы выводить ее путем восстановления ее цепочки распада или по дисбалансу импульса (как в случае с LSP ).

В других теориях, принадлежащих к семейству SUSY, ту же роль может играть легчайший скварк (обычно стоп , т. е. партнёр топ-кварка ).

Далее, для иллюстрации, предполагается, что R-адрон произошел от глюино, созданного в $pp$ столкновение на БАКе , но наблюдательные особенности совершенно общие.

Методы наблюдения

• Если время жизни R-адрона порядка пикосекунды , он распадается до того, как достигнет первых чувствительных слоев детектора слежения , но его можно распознать с помощью метода вторичных вершин , который особенно эффективен в ATLAS и CMS благодаря их точным вершинным детекторам. (в обоих экспериментах используются пиксельные детекторы ). В данном случае сигнатурой является заряженная частица (от распада R-адрона), траектория которой несовместима с гипотезой выхода из вершины взаимодействия .
• Если время жизни таково, что R-адрон может хотя бы частично пройти через детектор, доступно больше сигнатур:
  • Потери энергии : если в результате адронизации глюино образовался заряженный R-адрон, он потеряет энергию за счет ионизации при прохождении материала детектора. Удельные потери энергии ( dE/dx ) следуют формуле Бете-Блоха и зависят от массы и заряда (а также импульса) частицы, что делает разительное различие между R-адроном и фоном обычных частиц, образующихся обычно в $pp$ столкновения.
  • Время полета : поскольку ожидается, что масса глюино будет порядка ТэВ , то же самое справедливо и для R-адронов. Такая большая масса делает их нерелятивистскими даже при таких высоких энергиях. В то время как обычные частицы на БАК имеют скорости, очень хорошо приближающиеся к скорости света , скорость R-адрона может быть значительно меньше. Время, необходимое для достижения внешних субдетекторов очень большого детектора, такого как ATLAS или CMS, может быть значительно больше, чем для других частиц, произведенных в том же самом детекторе. $pp$ столкновение.
  • Обмен заряда : хотя предыдущие два метода могут быть применены к любой другой стабильной или квазистабильной тяжелой заряженной частице, это характерно для R-адронов, поскольку, будучи составной частицей , R-адрон может изменять суб -структура за счет ядерных взаимодействий с проходимым материалом. Например, R-адрон может обмениваться кварками с ядрами детектора, и любой обмен верхнего кварка на нижний кварк или наоборот приведет к изменению заряда на 1.

Поскольку некоторые из субдетекторов типичного высокоэнергетического эксперимента чувствительны только к заряженным частицам, одним из возможных признаков является исчезновение частицы (переход от заряда +1 или -1 к 0) или наоборот ее появление, сохраняя при этом ту же траекторию (поскольку большую часть импульса несет самый тяжелый компонент, т.е. суперсимметричная частица внутри R-адрона). Другая подпись с очень небольшим фоном может возникнуть в результате полной инверсии заряда (+1 в -1 или наоборот). Почти все следящие детекторы на коллайдерах высоких энергий используют магнитное поле и затем способны идентифицировать заряд частицы по ее кривизне; изменение кривизны вдоль траектории было бы однозначно признано флиппером , т.е. частицей, заряд которой перевернулся.

Ссылки

• Взаимодействия R-адронов в ATLAS
• Аркани-Хамед, Н.; Димопулос, С.; Джудиче, Г.Ф.; Романино, А. (2005). «Аспекты расщепленной суперсимметрии». Ядерная физика Б . 709 (1–2): 3–46. arXiv : hep-ph/0409232 . Бибкод : 2005НуФБ.709....3А . doi : 10.1016/j.nuclphysb.2004.12.026 . S2CID   16632949 .

Эта статья включает в себя материал из статьи Citizendium « R-hadron », которая распространяется под лицензией Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License , но не под лицензией GFDL .