Was ist pTpTp_T? (Querimpuls?)

Ich habe mir ein paar Arbeiten in Experimentalphysik angesehen (z. B. aus der ATLAS-Kollaboration) und bin oft auf Ausdrücke wie "hoch- p T Elektron." Was genau ist p T ? Ist es einfach Impuls, aber mit der Komponente parallel zum Hauptstrahl projiziert?

Auch warum ist p T , im Gegensatz zu p , eine wichtige Eigenschaft eines Teilchens in einem Kollisionsprozess?

Antworten (2)

Die Impulskomponente quer (dh senkrecht) zur Strahllinie.

Seine Bedeutung entsteht, weil der Impuls entlang der Strahllinie möglicherweise nur von den Strahlteilchen übrig bleibt, während der transversale Impuls immer mit der Physik verbunden ist, die am Scheitelpunkt passiert ist.

Das heißt, wenn zwei Protonen kollidieren, kommen sie mit jeweils drei Valenzquarks und einer unbestimmten Anzahl von Seequarks und Gluonen daher. Alle, die nicht interagieren, beschleunigen weiter die Röhre hinunter (Modulo-Fermi-Bewegung und Interaktion im Endzustand).

Aber die Partons, die reagieren, tun dies im Durchschnitt {*} in Ruhe im Laborrahmen und sprühen den resultierenden Müll im Durchschnitt gleichmäßig in alle Richtungen. Wenn Sie sich den transversalen Impuls ansehen, erhalten Sie eine ziemlich saubere Probe von "Zeug, das aus wechselwirkenden Partons resultiert" und nicht von "Zeug, das aus nicht wechselwirkenden Partons resultiert" .

Es gibt auch Vorteile in Bezug auf die Konstruktion des Detektors.

{*} Nur im Durchschnitt. Einzelne Ereignisse können hohe Björken beinhalten x Partikel und weit davon entfernt, im Laborrahmen zu ruhen.

Danke für die Erklärung! Könnten Sie vielleicht erläutern, warum die Partonen im Durchschnitt im Ruhezustand interagieren, wenn die Protonen aufeinander zu rasen (im Laborrahmen)?
@NilayKumar In einem Collider mit einfallenden Projektilen mit gleichem Impuls ist der Laborrahmen der Ruherahmen. Das ist in e+e-Beschleunigern in Ordnung, weil die Elektronen keine Unterstruktur haben. Obwohl die Kollision der Protonen bei Protonenbeschleunigern in Ruhe im Laborrahmen stattfindet, bewegen sich die Partonen, die interagieren, jeweils mit einem gewissen Impuls innerhalb der Nukleonen. Es ist nicht möglich, die genaue Streuung zweier Quarks zu kennen, aber die transversalen Komponenten werden von der Lorenz-Transformation nicht beeinflusst, die die Quark-Projektile zu ihrem Massenmittelpunktsystem bringen würde.

Die Kollisionen von Protonen sind kompliziert, weil das Proton im Inneren ein großes Durcheinander hat. Um einfache Kollisionen zu sehen, möchten Sie die Fälle finden, in denen ein einzelnes Quark oder Gluon, ein einzelnes Parton in einer fast direkten Kollision von einem anderen Parton gestreut wird. Solche Kollisionen sind relativ selten, die meisten Proton-Proton-Kollisionen sind diffraktive kollektive Bewegungen des gesamten Protons, aber hin und wieder sieht man eine harte Kollision.

Das Merkmal einer harten Kollision ist, dass Sie Teilchen erhalten, deren Impuls sehr weit von der Richtung der Strahllinie entfernt ist. Dies ist ein "hohes P_T"-Ereignis. Ein Elektron mit hohem P_T bedeutet normalerweise, dass ein elektrisch geladenes Parton (ein Quark) mit einem anderen Parton kollidierte und ein hartes Photon oder ein Z aussendete, das dann ein Elektron und ein Positron erzeugte. Alternativ könnte es bedeuten, dass ein W-Boson vom Quark emittiert wurde und dieses ein Elektron und ein Neutrino erzeugte. Alternativ könnte es sich um einen Prozess höherer Ordnung in der starken Wechselwirkung handeln, bei dem zwei Gluonen ein Quark-Antiquark erzeugten und eine der Quarklinien dann ein elektroschwaches Boson emittierte, das leptonisch zerfiel.

Der Punkt ist, dass das Ereignis auf jeden Fall darauf hinweist, dass eine saubere harte Kollision zwischen zwei Partons stattgefunden hat, und dies ist ein nützlicher Hinweis darauf, dass das Ereignis interessant war, was nützliche Hinweise auf neue Physik geben wird, wenn ähnliche Ereignisse isoliert werden und gezählt.

Der Grund, warum P_T wichtig ist, liegt darin, dass, wenn das tatsächliche Kollisionsereignis eine Kollision über kurze Entfernung ist, die von perturbativer QCD dominiert wird, die ausgehenden Teilchen fast immer um einen erheblichen Betrag von der Strahllinie entfernt sind. Selbst bei interessanten Ereignissen, wenn sich die austretenden Teilchen in der Nähe der Strahlrichtung befinden, ist es schwierig, dies von dem viel häufigeren Fall einer Beinahe-Glanz-Kollision zu unterscheiden, die zu diffraktiver Streuung führt.

Diffraktive Streuung ist der vorherrschende Mechanismus der Proton-Proton-Streuung (oder Proton-Antiproton-Streuung) bei hohen Energien. Der Wirkungsquerschnitt für Beugungsereignisse wird durch die Regge-Theorie unter Verwendung der Pomeron-Trajektorie berechnet. Seit Mitte der 70er Jahre ist diese Art der Physik für Physiker nicht mehr so ​​interessant, sondern eher aus politischen Gründen. Es ist schwierig zu berechnen und hat wenig mit der Feldtheorie zu tun, die Sie zu finden versuchen. Aber die Regge-Theorie ist mathematisch eng mit der Stringtheorie verwandt, und vielleicht wird sie wieder in Mode kommen.

Danke für die ausführliche Antwort! Nur um sicherzugehen, dass ich die Dinge klar habe - diffraktive Kollisionen, bei denen keine harten Kollisionen auftreten, neigen dazu, keine Teilchen mit hohem p_T zu ergeben, weil die Protonen nicht zu weit von der Strahllinie entfernt sind? Liegt das daran, dass die Energie bei solchen diffraktiven Streuprozessen relativ gering ist?
@Nilay: Ja. Auch viele partonische Kollisionen haben einen niedrigen P_T, da die Partonen nur einen Bruchteil der gesamten Masse / Energie tragen. Glücklicherweise ist die Verteilung so verzerrt, dass eine messbare Anzahl von Ereignissen auftritt, bei denen die kollidierenden Partonen einen großen Bruchteil davon tragen der Energieimpuls des Protons. Wenn dies nicht geschehen wäre, würden Sie Protonen-Lepton-Collider benötigen.
@NilayKumar Ihr "weil die Protonen nicht zu weit von der Strahllinie entfernt sind" benötigt die Qualifikation "die gestreuten Protonen" machen einen kleinen Winkel zur Strahllinie. Die ankommenden Protonen befinden sich konstruktionsbedingt auf der Strahlführung. Wenn es Billardkugeln wären, könnten sie streifen oder frontal aufschlagen. Als Kerne wird ihre Streuung als "diffraktiv" (Welle/Teilchen-Dualität) beschrieben.
Was meinen Sie mit „aber eher aus politischen Gründen“? Tut mir leid, dass ich 11 Monate nach Ihrer Antwort frage.
@QuantumDot: Ich meine nur, dass die Regge-Theorie in den 1970er Jahren von Feldtheoretikern getötet wurde, die die Regge-Theorie hassten (es war die S-Matrix-Theorie). Das ist eine große Tragödie, es bedeutet, dass niemand mehr die Regge-Theorie kennt, und es ist eine der schönsten und wichtigsten Entdeckungen in der Physik. Sie können in Gribovs "The Theory of Complex Angular Momentum" lernen. Die Regge-Theorie hat sich in den 1960er und frühen 1970er Jahren zur Stringtheorie entwickelt, ist also in gewisser Weise nie wirklich gestorben, aber sie ist auch eine phänomenologische QCD, sodass die Pomeron/Odderon-Entdeckungen in den 1990er Jahren nicht richtig anerkannt wurden.
Vielen Dank. Aber deine Sprache klingt ziemlich hart. Ist es ein genaues Abbild der Atmosphäre, die die Physik-Community in den 1970er Jahren empfand (wenn ja, wo kann ich mehr darüber lesen?), oder ist es nur Ihre persönliche Einstellung zu seinem Verschwinden? Außerdem bin ich stolz darauf, sagen zu können, dass ich die letzten 3 Jahre meiner persönlichen Studienzeit (unabhängig von meiner Forschung) dem Thema S-Matrix-Theorie, Regge-Theorie und Doppelresonanztheorien gewidmet habe, wenn Sie sich dadurch besser fühlen.
@QuantumDot: Seine Härte ist genau, die Feldtheoretiker haben die S-Matrix nicht verstanden und alle Praktiker aus der Physik vertrieben (einschließlich vieler früher String-Giganten). Die Theorie war für die Kiffer der 1960er Jahre zu ausgefeilt, es ist keine Babyboom-Physik. Fragen Sie Anna V nach Erfahrungen aus erster Hand. Dieses Zeug ist jetzt tatsächlich wieder in Mode, sogar die Pomeron-Physik, daher ist es schwer, sich an die Ablehnung zu erinnern. Die Feindseligkeit war überall (man kann es in Streaters "verlorenen Ursachen" sehen, Woits "nicht einmal falsch", Gross sagte mir persönlich, als ich ihn nach N/D-Gleichungen fragte, seine These!, dass es Tautologie war).
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