Jet (fizyka cząstek elementarnych)

kwark górny i antykwark górny rozpada się na dżety, widoczne jako skolimowane zbiory torów cząstek i inne fermiony w detektorze CDF w Tevatron .

Dżet to wąski stożek hadronów i innych cząstek powstałych w wyniku hadronizacji kwarka lub gluonu w fizyce cząstek elementarnych lub w eksperymencie z ciężkimi jonami . Cząstki przenoszące ładunek kolorowy, takie jak kwarki, nie mogą istnieć w postaci swobodnej z powodu ograniczeń chromodynamiki kwantowej (QCD) co pozwala tylko na stany bezbarwne. Kiedy obiekt zawierający fragmenty ładunku kolorowego, każdy fragment przenosi część ładunku kolorowego. Aby być posłusznym uwięzieniu, fragmenty te tworzą wokół siebie inne kolorowe obiekty, tworząc bezbarwne obiekty. Zespół tych obiektów nazywany jest dżetem, ponieważ wszystkie fragmenty mają tendencję do przemieszczania się w tym samym kierunku, tworząc wąski „strumień” cząstek. Dżety są mierzone w detektorach cząstek i badane w celu określenia właściwości pierwotnych kwarków.

Definicja dżetu obejmuje algorytm dżetu i schemat rekombinacji. Pierwsza określa, w jaki sposób niektóre dane wejściowe, np. cząstki lub obiekty detektora, są grupowane w dżety, podczas gdy druga określa, w jaki sposób dżetowi przypisywany jest pęd. Na przykład strumienie można scharakteryzować za pomocą ciągu . Kierunek strumienia (oś strumienia) można określić jako oś ciągu . W eksperymentach fizyki cząstek elementarnych dżety są zwykle budowane z skupisk osadów energii w kalorymetrze detektora . Podczas badania symulowanych procesów strumienie kalorymetryczne można zrekonstruować na podstawie symulowanej odpowiedzi detektora. Jednak w symulowanych próbkach dżety można również zrekonstruować bezpośrednio ze stabilnych cząstek powstających w wyniku procesów fragmentacji. Dżety na poziomie cząstek są często określane jako dżety prawdy. Dobry algorytm dżetów zwykle pozwala na uzyskanie podobnych zestawów dżetów na różnych poziomach ewolucji zdarzenia. Typowymi algorytmami rekonstrukcji strumienia są np. algorytm anty- k _T , k _T algorytm, algorytm stożkowy. Typowym schematem rekombinacji jest schemat E lub schemat 4-wektorowy, w którym 4-wektor strumienia jest zdefiniowany jako suma 4-wektorów wszystkich jego składników.

W relatywistycznej fizyce ciężkich jonów dżety są ważne, ponieważ początkowe twarde rozpraszanie jest naturalną sondą dla materii QCD powstałej w zderzeniu i wskazuje jej fazę. Kiedy materia QCD przechodzi przejście fazowe w plazmę kwarkowo-gluonową , straty energii w ośrodku znacznie rosną, skutecznie wygaszając (zmniejszając intensywność) wychodzący dżet.

Przykładami technik analizy strumieniowej są:

• korelacja strumieniowa
• tagowanie smaku (np. b-tagging )
• podkonstrukcja odrzutowca.

Model strun Lunda jest przykładem modelu fragmentacji dżetu.

Produkcja odrzutowców

Dżety są wytwarzane w procesach twardego rozpraszania QCD, tworząc kwarki lub gluony o wysokim pędzie poprzecznym lub zbiorczo nazywane partonami w obrazie partonowym.

Prawdopodobieństwo powstania określonego zestawu dżetów jest opisane przez przekrój poprzeczny produkcji dżetów, który jest średnią elementarnych perturbacyjnych QCD procesów kwarkowych, antykwarkowych i gluonowych, ważonych funkcjami rozkładu partonów . W przypadku najczęstszego procesu produkcji par dżetów, rozpraszania dwóch cząstek, przekrój poprzeczny produkcji dżetów w zderzeniu hadronowym jest określony wzorem

${\ Displaystyle \ sigma _ {ij \ rightarrow k} = \ suma _ {i, j} \ int dx_ {1} dx_ {2} d {\ kapelusz {t}} f_ {i} ^ {1} (x_ { 1}, Q^{2})f_{j}^{2}(x_{2},Q^{2}){\frac {d{\kapelusz {\sigma}}_{ij\rightarrow k}} {d{\kapelusz {t}}}},}$

z

• x , Q ² : ułamek pędu wzdłużnego i przeniesienie pędu
• ${\ Displaystyle {\ hat {\ sigma}} _ {ij \ rightarrow k}}$ : perturbacyjny przekrój poprzeczny QCD dla reakcji ij → k
• ${\ Displaystyle f_ {i} ^ {a} (x, Q ^ {2})}$ : funkcja rozkładu partonów do znajdowania gatunków cząstek i w wiązce a .

$są$ przekroje poprzeczne np. Obliczane do wiodącego rzędu teorii zaburzeń w Peskin & Schroeder (1995), sekcja 17.4 Przegląd różnych parametryzacji funkcji dystrybucji partonów i obliczeń w kontekście generatorów zdarzeń Monte Carlo omówiono w T. Sjöstrand et al. (2003), sekcja 7.4.1.

Fragmentacja strumienia

Perturbacyjne obliczenia QCD mogą mieć kolorowe partony w stanie końcowym, ale eksperymentalnie obserwuje się tylko bezbarwne hadrony, które ostatecznie powstają. Tak więc, aby opisać to, co obserwuje się w detektorze w wyniku danego procesu, wszystkie wychodzące kolorowe partony muszą najpierw przejść partony, a następnie połączyć wytworzone partony w hadrony. Terminy fragmentacja i hadronizacja są często używane w literaturze zamiennie do opisania miękkiego promieniowania QCD, tworzenia hadronów lub obu procesów razem.

Gdy parton, który został wyprodukowany w twardym rozproszeniu, opuści interakcję, stała silnego sprzężenia wzrośnie wraz z jego oddzieleniem. Zwiększa to prawdopodobieństwo promieniowania QCD, które jest przeważnie płytkie pod kątem w stosunku do pierwotnego partonu. W ten sposób jeden parton będzie promieniował gluonami, które z kolei będą promieniować
q

q
i tak dalej, przy czym każdy nowy parton będzie prawie współliniowy ze swoim rodzicem. Można to opisać splatając spinory z funkcjami fragmentacji ${\ Displaystyle P_ {ji} \! \ lewo ({\ Frac {x} {z}}, Q ^ {2} \ right)}$ , w podobny sposób do ewolucji funkcji gęstości partonów. Jest to opisane równaniem typu Dokshitzer - Gribov - Lipatov - Altarelli - Parisi ( DGLAP )

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

Deszcz partonów wytwarza partony o coraz niższej energii i dlatego musi opuścić region ważności dla perturbacyjnego QCD. Następnie należy zastosować modele fenomenologiczne, aby opisać długość czasu, w którym występuje deszcz, a następnie połączenie kolorowych partonów w stany związane bezbarwnych hadronów, co z natury nie jest perturbacyjne. Jednym z przykładów jest model Lund String, który jest zaimplementowany w wielu nowoczesnych generatorach zdarzeń .

Bezpieczeństwo w podczerwieni i współliniowości

Algorytm dżetów jest bezpieczny w podczerwieni, jeśli daje ten sam zestaw dżetów po zmodyfikowaniu zdarzenia w celu dodania miękkiego promieniowania. Podobnie algorytm dżetów jest współliniowo bezpieczny, jeśli ostateczny zestaw dżetów nie zostanie zmieniony po wprowadzeniu współliniowego podziału jednego z wejść. Istnieje kilka powodów, dla których algorytm odrzutowy musi spełniać te dwa wymagania. Eksperymentalnie dżety są przydatne, jeśli przenoszą informacje o części nasiennej. Oczekuje się, że po wytworzeniu parton nasienny przejdzie deszcz partonów, który może obejmować serię prawie współliniowych rozszczepień przed rozpoczęciem hadronizacji. Ponadto algorytm dżetu musi być odporny na fluktuacje odpowiedzi detektora. Teoretycznie, jeśli algorytm dżetu nie jest bezpieczny w podczerwieni i współliniowości, nie można zagwarantować, że można uzyskać skończony przekrój poprzeczny w dowolnym rzędzie teorii zaburzeń.

Zobacz też

• Zdarzenie Dijeta

•   Andersson, B.; Gustafson, G.; Ingelman, G.; Sjöstrand, T. (1983). „Fragmentacja partonów i dynamika strun”. Raporty fizyczne . Elsevier B.V. 97 (2–3): 31–145. doi : 10.1016/0370-1573(83)90080-7 . ISSN 0370-1573 .
•   Ellis, Stephen D.; Soper, Davison E. (1993-10-01). „Kolejny algorytm dżetu kombinowanego dla zderzeń hadronów”. Przegląd fizyczny D. Amerykańskie Towarzystwo Fizyczne (APS). 48 (7): 3160–3166. arXiv : hep-ph/9305266 . doi : 10.1103/physrevd.48.3160 ​​. ISSN 0556-2821 .
• M. Gyulassy i in. , „Gaszenie strumienia i utrata energii radiacyjnej w gęstej materii jądrowej”, w: RC Hwa & X.-N. Wang (red.), Quark Gluon Plasma 3 (World Scientific, Singapur, 2003).
• JE Huth i in. , w EL Berger (red.), Proceedings of Research Directions For The Decade: Snowmass 1990 , (World Scientific, Singapur, 1992), 134. (Preprint at Fermilab Library Server)
• ME Peskin, DV Schroeder, „Wprowadzenie do kwantowej teorii pola” (Westview, Boulder, CO, 1995) .
• T. Sjöstrand i in. , „Pytia 6.3 Fizyka i podręcznik”, Raport LU TP 03-38 (2003).
• G. Sterman, „QCD i dysze”, raport YITP-SB-04-59 (2004).

Linki zewnętrzne

• Generator zdarzeń Pythia/Jetset Monte Carlo
• grupowania odrzutowców FastJet