Kísérletek hadron gyorsítókban • Elementary Részecskefizikai • LHC on „elemek”

Minden meglévő lehet több csoportra oszthatók, amelyek szerint a részecskék a világ ütköztető (ütközést gerendák gyorsítók) gyorsítanak és ütköznek egymással:

• elektron-pozitron gyorsítókban;
• elektron-proton gyorsítókban;
• hadronok (proton-proton, proton-antiproton, nukleáris) gyorsítókban.

Kísérletek hadron gyorsítókban, amelyek magukban foglalják az LHC, számos jellemzők, amelyek hasznosak megkülönböztetni.

Hogyan működik egy tipikus proton-proton ütközéseket

Proton - és olyan kompozit szemcsét; Ez három túró (két u-kvark elektromos töltés +2/3 és egy d-kvark egy felelős -1/3), amelyek egymáshoz vannak rögzítve Gluon területen. Azonban, ha a proton mozog a sebesség nagyon közel a fény sebessége, a gluon területen már nem áll a kötelező erővel, de materializált formában részecskefolyam - gluonok - amelyek közelében repül a kvarkok. Abból lehet kiindulni, hogy a gyorsan mozgó proton áll összekeverjük egymással gluon, túró és antikvark még „felhők” - parton sűrűség.

Nagyon magas proton energiák töltik elsősorban gluonok és kvarkok és antiquarks benne sokkal kisebb. Protonok és antiprotont ilyen körülmények között lenne gyakorlatilag ugyanaz, és így nincs nagy különbség, hogy álljon - protonok protonok (mint az LHC), vagy protonok antiprotont (mint a Tevatron ütköztető).

Amikor két proton ütközik fejjel, ez nem jelenti azt, hogy mindenki feltétlenül Parton eltalálja valami belül a számláló proton. Általában minden jön könnyebb - egy kvark egy proton ütközik valaki ütköző proton és a fennmaradó partons csak repülni múlt.

Egymással szemben partons erősek „hatás” kiütötte őket a szülő protonok. Azonban a gluon területén fontos tulajdonság - szülés. amely nem teszi lehetővé a kvarkok elrepülni csak úgy. Ehelyett Hadronization - ütközési energiát fordítanak a születése számos hadronokat. Ez azért van, mert hadronization proton-proton ütközés annyira eltér az elektron-pozitron. Ebben a folyamatban partony- „megfigyelők” is tevékeny részt.

Mint általában, egy ütést a parton nyerünk, amely főleg hosszanti helyett keresztirányú. Ennek eredményeként a hadronok vannak előállításához elsősorban nagyméretű, hosszirányú és keresztirányú impulzusok kicsi. Emiatt jellemző a proton-proton ütközések így néz ki:

Egy tipikus proton-proton ütközés nagy energiák született több hadronokat. Szögeloszlásának szórás nem izotróp, és „nyomott”, hogy az ütközés tengellyel. (Ábra. Ivanov)

Itt vázlatosan mutatja, a folyamat több termelés hadronokat. Minden hadron nyíllal jelzett magán, az a nyíl hosszának körülbelül megfelel lendület hadron. Ennek eredményeként a hadronokat nem izotróp szórás minden irányban, mint akinek beszorult az ütközés tengellyel.

Alkalmanként különösen kemény folyamat, amelyben az ütköző partons erős cross-rúgás. Ezek partons kisugárzott nagy transzverzális impulzusú, és a következmények hadronization ebben az esetben a következők:

Néha van egy kemény ütközés, majd amellett, hogy a szokásos háttér Hadron repülni keskeny patakok nagy energiájú hadron - hadron sugarak. (Ábra. Ivanov)

Hadron termelési csoportosíthatók mentén az ütközés tengelye és szerte a kibocsátási irányában a kemény Parton. Takarmány hadronokat kibocsátott körülbelül ugyanabban az irányban, az úgynevezett hadronikus jet.

Amellett, hogy a kemény szórás két partons, vannak más mechanizmusok fúvókák szülés. Így, az ütközés két partons homlokát a homlokon is született nagyon nehéz részecske (például Z-bozon), amely azután osztja két túró, mivel azok már generál fúvókák. Tulajdonképpen az események tanulmányozása fúvókák - ez az egyik módszer a keresett nehéz instabil részecskék. Vannak még multi-jet eseményeket.

Kinematikája proton-proton ütközéseket

Mivel sok partons belül a proton, mindegyik parton hordoz csak egy kis töredéke a teljes energia a proton. Emiatt a teljes energiája az ütközés két partons kap lényegesen kisebb, mint a névleges energia proton-proton ütközéseket. Például, ha két LHC protonok ütköznek energiájú 7 + 7 TeV folyamatok partons ütközések, például energiákkal 1 + 2 TeV vagy 0,5 + 0,3 TeV vagy 0,2 + 0,05 TEV- és t . d.

Mindezek ütközések bizonyos gyakorisággal, annál kisebb az energia, annál gyakrabban fordulnak elő. Ezért a növekedés az energia protonok vezet megugrott keresztmetszetében sok érdekes ütközés folyamatokat. Például, egy proton-antiproton ütköztető Tevatron is előfordulhat ütközés két partons energiával 0,5 + 0,3 TeV LHC de előfordulnak több nagyságrenddel nagyobb.

Annak a ténynek köszönhetően, hogy a részecskeméret-eloszlás nem izotróp, és hozzá van nyomódva a tengelyek részecske kinematika a hadronütköztető kényelmes módon változtatható „sebesség-sarok”. Ezekben változók kényelmesen kiosztott különböző folyamatok proton ütközések.

Nehézségek tanul proton-proton ütközéseket

Két fő nehézséget a tanulmány a proton-proton ütközések, egy kísérleti és egy elméleti.

• Minden ütközés született túlságosan sok részecske. Némelyikük ugyanakkor nem adja meg az érzékelő, és a „repül a csőbe”, így érthető, hogy nagyon nehéz ebben a káosz.
• Teoretikusok jók száma folyamatok egyes kvarkok vagy gluonok, de leírni Hadronization első elvek még nem lehetséges. Hadronization figyelembe kell venni a segítségével numerikus szimuláció, így a kapcsolat az elmélet és a kísérlet nem olyan közvetlen, mint például az elektron-pozitron ütközések.

Van azonban néhány trükk, hogy ez a helyzet még tanulni sok új dolgot.

Először is, nem minden az előállított részecskék egyformán „érdekes”. A legfontosabb információt hordoz részecskék nagy transzverzális impulzusú, azaz jet. Kibocsátási szögek és az energia a jet „emlékszik” a kemény ütközés között kvarkok és gluonok, amelynek alapján azokat. Tanulmányozva a tulajdonságait a fúvókák, a kísérletezők lehet találni egy szorosabb kapcsolat az elmélet.

Másrészt, amellett, hogy néha hadron születnek és egyéb nagy energiájú részecskék - az elektronok, müonok, fotonok. Ezek a részecskék nem vesznek részt az erős kölcsönhatást, így nem zavarja a hadronization. Kiválasztása események ilyen részecskék lehet tanulmányozni sokkal ritkább, mint a kizárólag folyamatok Hadron eseményeket.