Адронные струи

    Процесс e⁺-e⁻ аннигиляции занимает особое место в физике частиц. Поэтому не случайно в различных лабораториях было построено большое количество e⁺-e⁻ коллайдеров. Аннигиляция электрона и позитрона происходит в результате электромагнитного взаимодействия. Электрон и позитрон аннигилируют, в результате рождается фотон с энергией равной сумме энергий электрона и позитрона. Фотон может родить любые частицы, которые способны образоваться при данной энергии. В частности в результате e⁺-e⁻ аннигиляции могут рождаться пары μ⁺-μ⁻ и τ⁺-τ⁻. Диаграммы Фейнмана их образования показаны на рис.1.

Рис. 1.

    Возникает естественный вопрос, а как происходит процесс рождения адронов в e⁺-e⁻ аннигиляции? Здесь также на первом этапе происходит взаимное уничтожение электрона и позитрона с образованием фотона. Затем фотон образует из вакуума кварк-антикварковую пару. В таком процессе глюоны рождаться не могут, так как они не участвуют в электромагнитных взаимодействиях. Из законов сохранения энергии и импульса следует, что образовавшиеся кварк-антикварковая пара имеет ту же энергию, что и сталкивающиеся лептоны. Однако кварки не могут существовать в свободном состоянии. Например, если первоначально образовалась пара с -кварков, то они могут образовать мезон со скрытым очарованием – J/ψ-мезон, либо с-кварк может подхватить из вакуума -кварк, образуя D⁺-мезон, а -кварк – d-кварк, образуя D⁻-мезон (рис.2). Такой процесс превращения кварков в адроны называется адронизацией.

Из закона сохранения импульса следует ожидать, что импульсы адронов должны быть направлены по направлению импульсов первоначально образовавшихся кварков.
    В экспериментах 1975 г. на установках SLAC, а затем PETRA было обедительно показано, что такие струи адронов действительно наблюдаются.
    Адронная струя – это совокупность адронов летящих в одном направлении. Средний угол раствора струи уменьшается с ростом ее энергии, т.е. адроны все сильнее группируются вокруг направления вылета кварка. При энергии ~20 ГэВ составляющие струю адроны занимают ~5% от полного телестного угла.

    Наблюдение адронных струй – одно из доказательств того, что кварки действительно существуют. В частности измерения на нейтринном (антинейтринном) пучке показали, что заряды адронных струй, усредненные по многим событиям "помнят" заряд образовавшего их кварка. Были получены экспериментальные оценки зарядов u и d-кварков 0.65+012 и
–0.33+0.09 соответственно.
    В 1979 г. Было объявлено , что на накопительном кольце PETRA наблюдались трехструйные события. При столкновении электронов и позитронов с энергией 20 ГэВ в большом количестве рождались кварк-антикварковые пары, которые наблюдались как двухструйные события. Однако возможно, что в результате взаимодействия кварков с глюонами один из кварков может испустить глюон, изменив при этом направление первоначального движения (рис.3). Глюон так же как и кварк давал начало адронной струе. Такой процесс называется тормозным излучением глюонов. В результате будет наблюдаться трехструйное событие. Вскоре были открыты и четырехструйные события, которые соответствуют испусканию двух глюонов. Их доля составляла ~1%, что находится в согласии с предсказаниями КХД.

См. струи, возникающие при e⁺-e⁻ аннигиляции (Java апплеты).

16.11.15