Jet (física de partículas)

Un chorro de hadrones está formado por varias partículas elementales que vuelan en la misma dirección [1] en un cono estrecho. La razón física de la formación de un chorro es la hadronización de un quark o gluón con alta energía (mucho mayor que la masa del pión ). En la naturaleza, los chorros hadrónicos se forman solo artificialmente, en experimentos de física de alta energía .

Chorros de hadrones en experimentos modernos

Experimentalmente, los chorros hadrónicos se estudian analizando la energía que dejan las partículas cargadas en el calorímetro de un detector de partículas. Por lo general, el calorímetro se divide en muchas celdas pequeñas, en las que se mide la energía "iluminada" de los hadrones, es decir, la energía de interacción de las partículas cargadas o fotones con el material del calorímetro. Las células juegan el papel de partículas separadas para el chorro, ya partir de ellas es posible reconstruir el chorro y medir algunas de sus características.

Ejemplos de importantes técnicas experimentales necesarias para estudiar chorros de hadrones:

Reconstrucción de chorro (por ejemplo, algoritmo de reconstrucción de cono simple o algoritmo k T )
Técnica de compensación de la componente neutra del chorro (energía arrastrada por partículas neutras)
Etiquetado de sabor de quark (por ejemplo , b-tagging ) .

Formación de chorro

Los chorros se forman en los procesos de dispersión de partículas elementales, donde se dispersan o producen objetos coloreados como partones , quarks o gluones . Los procesos típicos en los que se forman chorros son la aniquilación de un electrón y un positrón en un estado de cuántico gamma / bosón Z , que se desintegra para formar 2 quarks . Luego, los quarks se hadronizan y forman chorros. Por primera vez, tales eventos (se denominan eventos de dos chorros) se observaron en experimentos en el colisionador de electrones y positrones SPEAR en el laboratorio SLAC (EE. UU.) en 1975 .

La probabilidad de obtener un determinado estado con chorros durante la dispersión de protones se puede calcular utilizando los métodos perturbativos de la cromodinámica cuántica y la función de distribución de partones en un protón. Más precisamente, se puede calcular la sección transversal para la producción de dos quarks, por ejemplo, en la aproximación del árbol, entonces los momentos de los quarks corresponderán a la dirección de los chorros en el evento.

\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{\sombrero {\sigma}}_ {ij\flecha derecha q_{1}q_{2}}}{d{\sombrero {t}}}},

donde , son la variable de Feynman (la fracción del impulso del protón inicial transportado por el partón) y el impulso transferido en el proceso, respectivamente; es la sección transversal para la formación de dos quarks y de los partones iniciales y ; es la distribución de partones para un partón de tipo en la viga . $X$ $P^{2}$ ${\sombrero {\sigma}}_{ij\rightarrow q_{1}q_{2}}$ $q_{1}$ $q_{2}$ $i$ $j$ $f_{i}^{a}(x,Q^{2})$ $i$ $a$

El quark top , la partícula más pesada conocida, en la mayoría de los casos se desintegra en tres chorros de hadrones, que normalmente se dirigen en diferentes direcciones [2] .

Jet fragmentación

Debido al efecto de la hadronización, un quark o gluón (en lo sucesivo denominado partón) emitido desde el punto de colisión emite gluones y pares quark-antiquark. Este fenómeno es similar al bremsstrahlung de una partícula cargada que vuela en un campo electromagnético. El campo cromodinámico es creado tanto por otras partículas en el punto de colisión como por partículas emitidas por el propio partón. Una característica específica de la formación del jet es la decoloración del partón inicial. Dado que el partón inicial tiene un color y el chorro debe consistir en hadrones incoloros (o sus productos de desintegración), es imposible construir un mecanismo de formación de chorro aislado sin tener en cuenta la interacción con otras partículas en una colisión. El mecanismo de formación de un chorro de hadrones incoloros a partir de varios partones coloreados formados como resultado de la evolución del chorro, teniendo en cuenta la compensación de color, se denomina fragmentación del chorro.

Notas

↑ Experimentos en colisionadores de hadrones . Chorros de hadrones . Elementos. Consultado el 9 de agosto de 2013. Archivado desde el original el 19 de agosto de 2013. (indefinido)
↑ La estructura detallada de los chorros de hadrones ayuda a analizar nuevos tipos de procesos . Fecha de acceso: 18 de mayo de 2014. Archivado desde el original el 18 de mayo de 2014. (indefinido)

Enlaces

M. Peskin y D. Schroeder, "Introducción a la teoría cuántica de campos" (Westview, Boulder, CO, 1995 (ing.) o "RCD", 2001 (rus.) )
B. Andersson, El modelo de Lund (Cambridge University Press, 1998) (inglés)
Jet discovery: G. Hanson et al., Confirmation of the jet structure of hadron production in e+e-annihilation , Phys.Rev.Lett.35:1609 (1975). (Inglés)
Modelo de cuerdas para jets: B. Andersson et al., "Parton fragmentation and string dynamics" , Phys. Reps. 97 , 31 - 145 (1983). (Inglés)
Algoritmos de reconstrucción de jets: S. D. Ellis, D. E. Souper, "Un algoritmo de combinación secuencial para jets en colisiones de hadrones" , Phys. Rvdo. D48 , 3160-3166 (1993). (Inglés)
Jet Quenching Effect: M. Juliassi et al., "Jet Quenching and Radiative Energy Losses in Dense Nuclear Matter" , en Quark-Gluon Plasma 3 ed. R. S. Hwa y K.-N. Vanga (World Scientific, Singapur, 2003). (Inglés)
Conferencias sobre QCD y Jets: G. Sterman, "QCD and Jets" , preimpresión YITP-SB-04-59 (2004). (Inglés)

Modelado por ordenador de jets

Generador Pythia Monte Carlo
Generador Herwig / Herwig++ Monte Carlo