Mich interessiert, wie (Q1) die Teilchenmassen experimentell aus Beschleunigerbeobachtungen bestimmt werden.
Was für Partikel? Sie müssen unseres Wissens nach elementar und instabil sein (sehr kurze Lebensdauer) und nicht der starken Wechselwirkung unterliegen (z. B. Higgs-Teilchen, Z-Boson usw.). Neutronen interessieren mich nicht (nicht elementar), Elektronen ( stabil) oder Quarks (Hadron). Ich interessiere mich auch nicht besonders für Neutrinos, da ich denke, dass die besten Einschränkungen von Neutrino-Oszillationen und kosmologischen Beobachtungen kommen.
Da die Teilchen, nach denen ich frage, ihre Masse durch den Higgs-Mechanismus erhalten, würde ich gerne wissen, was tatsächlich oder direkter die Masse oder die Yukawa-Kopplung ist . (Q2)
Ich frage mich auch, was tatsächlich der Pol des Propagators gemessen wird (dies ist die als Masse für stabile Leptonen angegebene Größe) oder die laufende Masse bei einer bestimmten Energieskala (dies ist eine der als Masse für Quarks angegebenen Größen). (Q3)
Diese Frage kann als Fortsetzung von How Can We Measure The Mass of Particle?
Vielen Dank im Voraus.
Bearbeiten: Im Zusammenhang mit den Antworten: Aus all Ihren Antworten leite ich ab, dass die für Higgs, W und Z angegebene Masse die Masse (Ruheenergie) ist, die im Energie-Impuls-Erhaltungsgesetz erscheint. Ich vermute, dass diese Masse dem Pol des freien Propagators des Higgs, W bzw. Z entspricht (und nicht der laufenden Masse). Ich folgere auch, dass die Masse des Higgs direkter gemessen wird, und aus diesem Wert leitet man die Selbstkopplung des Higgs ab (und nicht umgekehrt). Dies waren meine Frage 3 und 2. Stimmen Sie meiner Schlussfolgerung zu?
Bei hinreichend langlebigen geladenen Teilchen misst man die helixförmige Bahn in einem äußeren Magnetfeld und erhält daraus den 4-Impuls (und damit die Masse).
Für sehr kurzlebige Teilchen erhält man komplexe Massen aus Resonanzmessungen.
Bearbeiten: Jede Masse eines instabilen Teilchens ist komplex und wird als Pol eines Propagators definiert. Die Masse eines Teilchens wie Higgs wird ziemlich indirekt bestimmt, denn es bedarf vieler Streuexperimente, um die relevanten Wirkungsquerschnitte zuverlässig zu bestimmen. Siehe https://arxiv.org/abs/1207.1347 für die Bestimmung der Higgs-Masse aus Messungen. Siehe auch https://arxiv.org/abs/1112.3007 .
Der einfachste Weg ist, zu versuchen, ein massives instabiles Teilchen zu erzeugen. Nehmen wir an, wir versuchen, über den Prozess ein Myon aus einem Elektron und einem Photon zu erzeugen:
Nur um unser Spiel zu vereinfachen, sagen wir, dass wir das Elektron anfangs mit Nullimpuls halten und die Intensität des Gammateilchens variieren. Dann ist die Anfangsenergie des Systems , und der Anfangsimpuls des Systems ist .
Da das Myon jedoch eine größere Masse als das Elektron hat, wird der Null-Impuls-Zustand auf der rechten Seite eine höhere Energie haben als der Null-Impuls-Zustand auf der rechten Seite (wir können die Neutrinomassen ignorieren). Daher verletzt dieser Prozess die Energieerhaltung, es sei denn, das Photon ist ausreichend energiereich genug, um die Impulserhaltung zu ermöglichen. Dies geschieht genau dann, wenn . Sie können sich also den genauen Punkt ansehen, an dem Myonen entstehen, und voila! Sie haben eine Messung der Myonmasse.
Ein ausgefeilterer Ansatz würde Energien und Impulse der Teilchen vor und nach der Kollision sowie andere von der Masse beeinflusste Parameter messen. Aber ich denke, dieses Beispiel ist wahrscheinlich der deutlichste Weg, um diesen Effekt zu sehen.
Wir messen die Vierer-Impulse der Zerfallsprodukte und rekonstruieren den Vierer-Impuls des betreffenden Teilchens und wenden dann die übliche Beziehung zwischen Energie, Dreier-Impuls und Masse an:
Die Observablen des Detektors sind Energieverluste und Richtungen (d. h. Richtungsänderungen aufgrund von Mehrfachstreuung und Magnetfeldern). Und ein paar seltsame Kugeln wie Cerenkov-Detektoren geben Ihnen Geschwindigkeiten (oder zumindest über / unter der Schwelle). Diese können verwendet werden, um Partikel zu identifizieren und sowohl die Energie als auch die drei Impulse mit einiger Sicherheit zu rekonstruieren, sobald der Detektor gut verstanden ist. Daraus ist die mit jeder Spur verbundene Masse klar (und dies wird als Überprüfung des Partikel-ID-Mechanismus verwendet).
Bei schweren Partikeln können viele der Produkte selbst instabil sein, daher leiten wir die Messung von ihren Zerfallsprodukten ab.
dmckee --- Ex-Moderator-Kätzchen