Глубоконеупругое рассеяние - Deep inelastic scattering

Глубоконеупругое рассеяние лептона (l) на адроне (h) в ведущем порядке пертурбативного расширения. Виртуальный фотон (γ^*) выбивает кварк (q) из адрона.

Глубоконеупругое рассеяние это имя, данное процессу, используемому для исследования внутренней части адроны (особенно барионы, Такие как протоны и нейтроны ), с помощью электроны, мюоны и нейтрино. Это стало первым убедительным свидетельством реальности кварки, который до этого момента многие считали чисто математическим явлением. Это относительно новый процесс, первые попытки которого были предприняты в 1960-х и 1970-х годах. Это продолжение Резерфордское рассеяние к гораздо более высоким энергиям рассеивающей частицы и, следовательно, к гораздо более тонкому разрешению компонентов ядер.

Описание

Чтобы объяснить каждую часть терминологии, "рассеяние "относится к лептон (электрон, мюон и т. д.) отклоняются. Измерение углов отклонения дает информацию о характере процесса. "Неэластичный "означает, что цель поглощает некоторую кинетическую энергию. Фактически, при очень высоких энергиях используемых лептонов, цель" разбивается "и испускает много новых частиц. Эти частицы являются адронами, и, если сильно упрощать, процесс интерпретируется как составляющая кварк "выбивание" цели из целевого адрона, и из-за удержание кварка, кварки фактически не наблюдаются, а вместо этого производят наблюдаемые частицы посредством адронизация. «Глубокий» относится к высокой энергии лептона, которая придает ему очень короткая длина волны и, следовательно, возможность исследовать расстояния, которые малы по сравнению с размером целевого адрона, так что он может исследовать «глубоко внутри» адрона. Также обратите внимание, что в пертурбативное приближение это высокоэнергетический виртуальный фотон испускается лептоном и поглощается целевым адроном, который передает энергию одному из составляющих его кварков, как показано на следующей диаграмме.

История

Смотрите также: Quark § История

В Стандартная модель физики, в частности работы Мюррей Гелл-Манн в 1960-е годы удалось объединить многие ранее разрозненные концепции в физика элементарных частиц в одну, относительно простую схему. По сути, было три типа частиц:

• В лептоны, которые были частицами малой массы, такими как электроны, нейтрино и их античастицы. У них есть целое число электрический заряд.
• В калибровочные бозоны, которые были частицами, обменивающимися силами. Они варьировались от безмассовых, легко обнаруживаемых фотон (носитель электромагнитной силы) экзотическому (хотя и безмассовому) глюоны несущие сильную ядерную силу.
• В кварки, которые были массивными частицами, несущими дробные электрические заряды. Они являются «строительными блоками» адронов. Они также являются единственными частицами, на которые сильное взаимодействие.

Лептоны были обнаружены с 1897 г., когда Дж. Дж. Томсон показал, что электрический ток это поток электронов. Некоторые бозоны обнаруживались регулярно, хотя W⁺, Вт⁻ и Z⁰ частицы электрослабая сила были категорически замечены только в начале 1980-х годов, а глюоны были только твердо закреплены на DESY в Гамбург примерно в то же время. Однако кварки все еще оставались неуловимыми.

Опираясь на Резерфорд В ходе новаторских экспериментов в первые годы 20 века были сформулированы идеи по обнаружению кварков. Резерфорд доказал, что атомы имеют в центре маленькое массивное заряженное ядро. альфа-частицы у атомов золота. Большинство прошло с небольшим отклонением или без него, но некоторые были отклонены на большие углы или вернулись назад. Это предполагало, что атомы имеют внутреннюю структуру и много пустого пространства.

Чтобы исследовать внутреннюю часть барионов, нужно было использовать небольшую проникающую и легко производимую частицу. Электроны идеально подходили для этой роли, так как их много, и они легко ускоряются до высоких энергий за счет своего электрического заряда. В 1968 г. Стэнфордский центр линейных ускорителей (SLAC), электроны стреляли по протонам и нейтронам в атомных ядрах.^[1][2][3] Позже были проведены эксперименты с мюоны и нейтрино, но применяются те же принципы.^{[нужна цитата ]}

Столкновение поглощает некоторую кинетическую энергию, и поэтому неэластичный. Это контрастирует с рассеянием Резерфорда, которое эластичный: без потери кинетической энергии. Электрон выходит из ядра, и его траектория и скорость могут быть обнаружены.

Анализ результатов позволил сделать следующие выводы:

• У адронов действительно есть внутренняя структура.

Эти эксперименты были важны, потому что они не только подтвердили физическую реальность кварков, но и еще раз доказали, что Стандартная модель была правильным направлением исследований для физиков элементарных частиц.

Рекомендации

1. Э. Д. Блум; и другие. (1969). "Высокоэнергетическая неупругая е–п Рассеяние на 6 ° и 10 ° ". Письма с физическими проверками. 23 (16): 930–934. Bibcode:1969ПхРвЛ..23..930Б. Дои:10.1103 / PhysRevLett.23.930.
2. М. Брейденбах; и другие. (1969). «Наблюдаемое поведение сильно неупругого рассеяния электронов на протонах». Письма с физическими проверками. 23 (16): 935–939. Bibcode:1969ПхРвЛ..23..935Б. Дои:10.1103 / PhysRevLett.23.935. OSTI  1444731.
3. Дж. И. Фридман. «Дорога к Нобелевской премии». Университет Хюэ. Архивировано из оригинал на 2008-12-25. Получено 2012-02-25.

дальнейшее чтение

• Девениш, Робин; Купер-Саркар, Аманда (2003). Глубокое неупругое рассеяние. Дои:10.1093 / acprof: oso / 9780198506713.001.0001. ISBN  9780198506713.
• Амслер, Клод (2014). «Глубоконеупругое рассеяние электронов и протонов». Ядерная физика и физика элементарных частиц. Дои:10.1088 / 978-0-7503-1140-3ч18. ISBN  978-0-7503-1140-3.