Hadrona strio

Naskiĝo de du t-kvarkoj en detektilo CDF. En tiu fenomeno ekzistas 4 strioj. Ĉar t-kvarko disfalas al b-kvarko kaj W-bosono, rezulte aperas 4 kvarkoj: 2 b-kvarkoj kaj 2 kvarkoj el disfalo unu de W-bosonoj. La dua W-bosono disfalis al leptono kaj neŭtrino. Bildo laŭ datumoj per partikla akcelilo Tevatron.

Hadrona strio estas kreita per kelkaj elementaj partikloj, kiuj moviĝas unudirekte en mallarĝa konuso. Pro proksimeco de partikloj kun grandaj energioj, okazas hadronigo de kvarko aŭ gluono, energio de kiu estas ege pli granda ol maso de piono. Oni neniam observis hadronajn striojn en naturo, nur en eksperimentoj per partiklaj akceliloj kaj aliaj metodoj de partikla fiziko.

Pro fenomeno de kolorkonservo, kiu estas leĝo en kvantuma kolordinamiko, partikloj kun kolorŝargo, kiel kvarkoj, ne povas ekzisti en libera formo. Se pro granda energio ili estas distirataj unu de la alia, ili tuj fragmentiĝas je strioj de hadronojn, tiel aperigante novajn, pli malmultepezajn kvarkojn. Se oni mezuras la striojn en partikla akcelilo, oni povas determini ecojn de la originala kvarko.

En relativisma fiziko de multepezaj jonoj strioj estas uzataj por kompreni strukturon de kolordinamika materio, aperinta post kolizio. Kiam la kolordinamika materio venas al fazo de kvark-gluona plasmo, energia elfluo el la medio rimarkeble kreskas, kaj same kreskas la elfluantaj hadronaj strioj.

Hadronaj strioj en modernaj eksperimentoj

En eksperimentoj la hadronaj strioj estas studataj per analizo de energio per partikla detektilo. Plej ofte oni uzas kalorimezurilon kun multaj ĉeloj, en kiuj ŝargitaj partikloj restigas markojn. Unu ĉelo estas "forbrulita" per nur unu partiklo, kaj do laŭ markoj en ĝi oni povas rekonstrui strukturon de strio kaj studi ĝiajn ecojn.

En tia studo estas uzataj jenaj teknikoj:

• Rekonstruo de strio (ekzemple, plej uzata simpla konusa algoritmo k_T)
• Tekniko de rekompenso de neŭtra komponento de strio (kompreno de kiom da energio elfluis kun neŝargitaj partikloj)
• Markigo de kvarkaj gustoj (ekzemple, b-markigo).

Apero de strioj

Strioj aperas dum procedoj de disvastigo de elementaj partikloj, en kiuj partoprenas kolorŝargitaj objektoj, kvarkoj aŭ gluonoj. Tipa tia procedo - anihilo de elektrono kaj pozitrono en oscilacion gamo-kvantumo/Z-bosono, post kies disfalo aperas du kvarkoj. Poste la kavarkoj hadroniĝas kaj tiel strioj aperas. Tiuj fenomenoj nomiĝas dustriaj fenomenoj. Unue oni observis ilin en elektron-pozitrona koliziilo SPEAR en laboratorio SLAC (Usono) en jaro 1975.

Probableco de apero de unu speciala stria stato dum disvastigo de protonoj povas esti kalkulita per metodoj de kvantuma kolordinamiko kaj distribu-funkcio de partonoj en protono:

$\sigma _{ij\rightarrow q_{1}q_{2}}=\sum _{i,j}\int dx_{1}dx_{2}d{\hat {t}}f_{i}^{1}(x_{1},Q^{2})f_{j}^{2}(x_{2},Q^{2}){\frac {d{\hat {\sigma }}_{ij\rightarrow q_{1}q_{2}}}{d{\hat {t}}}},$

kie

• x estas variablo de Feynman (parto de protona impulso, kiun tenas la partono), kaj Q² estas transdonita impulso.
• ${\hat {\sigma }}_{ij\rightarrow q_{1}q_{2}}$ estas sekco de procedo de naskiĝo de du kvarkoj q₁ kaj q₂ el originalaj partonoj i kaj j.
• $f_{i}^{a}(x,Q^{2})$: партонное распределение для партона типа i в пучке a.

Elementaj sekcoj ${\hat {\sigma }}$ kalkulatas laŭ teorio de Peskin kaj Schroeder. Diferaj parametroj de partona distribuo en Monte Carlo generilo estas pridiskutata en T. Sjöstrand et al. (2003)

Fragmentiĝo de strio

Pro efekto de hadroniĝo la partono, kiu eliras punkton de kolizio, radias gluonojn kaj kvark-kontraŭkvarkajn parojn. Tiu fenomeno similas (kaj eble parencas) al bremsradiado de ŝargita partiklo en elektromagneta kampo. Kolordinamika kampo estas kreata far kaj la radiitaj partikloj mem, kaj aliaj partikloj en punkto de kolizio.

Unu el difinaj ecoj de naskiĝo de strio estas perdo de kolorŝargo de originala partono. Ĉar la partono havas kolorŝargon kaj la strio konsistas el hadronoj de neŭtraj koloŝargoj, oni ne povas rigardi tiun ĉi procedon kiel fermitan sistemon, sen konsideri interagojn kun aliaj partikloj. Mekanismo de tia perdo de kolorŝargo nomiĝas fragmentiĝo de strio.

La tipo de evoluo, kiun montras procedo de fragmentiĝo, estas priskribita far granda grupo de sciencistoj kaj pro tio havas sufiĉe longan nomon. Ĝi nomiĝas evoluo de Dokshitzer-Gribov-Lipatov-Altarelli-Parisi (DGLAP) kaj priskribeblas per jena formulo:

${\frac {\partial }{\partial \ln Q^{2}}}D_{i}^{h}(x,Q^{2})=\sum _{j}\int _{x}^{1}{\frac {dz}{z}}{\frac {\alpha _{S}}{4\pi }}P_{ji}\!\left({\frac {x}{z}},Q^{2}\right)D_{i}^{h}(z,Q^{2})$

Literaturo

• B. Andersson et al., "Parton Fragmentation and String Dynamics", Phys. Rep. 97(2–3), 31–145 (1983).
• S. D. Ellis, D. E. Soper, "Successive Combination Jet Algorithm For Hadron Collisions", Phys. Rev. D48, 3160–3166 (1993).
• M. Gyulassy et al., "Jet Quenching and Radiative Energy Loss in Dense Nuclear Matter", in R.C. Hwa & X.-N. Wang (eds.), Quark Gluon Plasma 3 (World Scientific, Singapore, 2003).
• J. E. Huth et al., in E. L. Berger (ed.), Proceedings of Research Directions For The Decade: Snowmass 1990, (World Scientific, Singapore, 1992), 134. (Preprint at Fermilab Library Server) Arkivigite je 2011-05-14 per la retarkivo Wayback Machine
• M. E. Peskin, D. V. Schroeder, "An Introduction to Quantum Field Theory" (Westview, Boulder, CO, 1995).
• T. Sjöstrand et al., "Pythia 6.3 Physics and Manual", Report LU TP 03-38 (2003).
• G. Sterman, "QCD and Jets", Report YITP-SB-04-59 (2004).

Komputilaj modeloj

• Monte Carlo generilo Pythia
• Monte Carlo generilo Herwig/Herwig++