Ostatní skupiny - Články a novinky (Teorie, AEgIS, Pierre Auger, ...)

Koherenční jevy ve srážkách částic

Partonový model je v současnosti nejrozšířenější teorií používanou pro popis hadron - hadronových a hadron - jaderných srážek. Některé zjevné nedostatky tohoto modelu (především v hadron - jaderných srážkách) ovšem vedou k formulaci jiných přístupů k popisu srážky a výpočtu účinných průřezů. V oblasti hluboce nepružného rozptylu lze s úspěchem použít přiblížení barevného dipólu pro formulaci teorie, která popisuje zmíněné srážky

lépe než stávající partonový model. Zmíněný postup se ovšem dá použít i na analýzu mechanismu produkce přímých fotonů, leptonových párů a nabitých hadronů v hadronových a jaderných srážkách. Konkrétně se koherenční jevy popisují pomocí jaderného modifikačního faktoru pro proton - jaderné a jádro - jaderné srážky. Pomocí něho lze usoudit na míru jaderných efektů oproti hadron - hadronovým srážkám - především jaderného stínění a Croninova efektu.

 

 

 V současnosti nejrozšířenější teorií pro popis srážek dvou hadronů je QCD partonový model. Tento model formuluje popis srážky na úrovni srážky dvou partonů(konstituenty hadronu) a tuto srážku převede na úroveň hadronů pomocí tzv. partonových distribučních funkcí, které jsou nezávislé na srážce partonů. Toto je obsahem tzv, faktorizačního teorému, který je považován za univerzálně platný. Ovšem je známo, že tento přístup v některých případech přestává fungovat. Speciálně v případě, že chceme pomocí tohoto modelu popsat srážku hadronu s jádrem, zjistíme, že tento model vede k nefyzikálním předpovědím(účinný průřez nezávisí na impakt parametru atd.). To je důvod, proč jsou formulovány alternativní modely pro popis takovýchto situací. Z analýzy hluboce nepružného rozptylu elektronů na protonech pochází model tzv. přiblížení barevného dipolu, který formuluje takovouto srážku v klidové soustavě terčového protonu. Tento model lze ovšem zobecnit pro produkci libovolných částic - fotonů, elektronů, nabitých hadronů atd. Velmi výhodný je tento přístup pro studium hadron - jaderných a jádro - jaderných srážek, kde vede na kvalitativně lepší předpovědi než partonový model. Pomocí tohoto přístupu lze velmi snadno zahrnout velkou třídu efektů, které se nazývají koherenční efekty. Představíme-li si jádro jako volný shluk hadronů, pak účinný průřez pro srážku hadronu s jádrem je pouze násobkem účinného průřezu hadronu s jiným hadronem. Ovšem po dlouhou dobu je známo, že tato naivní představa není platná. Je to způsobeno faktem, že hadrony v jádře jsou vázány zbytkovou silou a tudíž celé jádro interaguje s nalétávajícím hadronem jako celistvý(koherentní) objekt. Míra takovýchto koherenčních jevů udává jak silně se projevuje jádro jako jeden celek oproti volným částicím. Abychom mohli kvantifikovat sílu těchto koherenčních jevů, zavádíme tzv. jaderný modifikační faktor. Tento faktor RpA definujeme jako poměr účinnáho průřezu pro proton-jadernou sráku ku A krát účinnému průřezu pro proton-protonovou srážku, kde A je počet hadronů v jádře. Pomocí tvaru tohoto faktoru lze usoudit, v jakých kinematických oblastech je síla koherenčích jevů největší a kde se jádro chová jako plyn hadronů.

 

Abychom mohli formulovat účinný průřez pro produkci částice v přiblížení barevného dipolu, musíme si představit celou srážku v soustavě, kde terčový hadron je v klidu. Parton v nalétavájícím hadronu "fluktuuje" do stavu kdy obsahuje i sledovanou částici a tu pak vyzáří při srážce se statickým hadronem. Ve výsledku vypadá produkce částic v klidové soustavě terče jako "brzdné záření" příslušných částic. Účinný průřez v tomto přiblížení lze formulovat pomocí pravděpodobnosti výskytu takovéto fluktuace a účinného průřezu této fluktuace s terčovou částicí. Tento účinný průřez je univerzální a je ho možné získat z analýzy elektron - protonového rozptylu.

 

Pro přechod k jaderným srážkám je třeba rozdělit úvahy na dva případy. V případě, že nalétající parton má malou energii, pak může při každé srážce vyprodukovat novou částici a tudíž srážka připomíná srážku s volnými hadrony - koherenční jevy jsou nejslabší. V druhém případě je energie partonu velká a délka dráhy mezi dvěma možnými interakcemi partonu přesahuje velikost jádra. Tímpádem je produkováno méně částic než by mohlo být, kdybychom sráželi parton s nukleonem - koherenční jevy jsou nejsilnější.

 

Další koherenční jevy, které je třeba zahrnout do výpočtů pochází z faktu, že jádro při vysoké energii je relativisticky kontrahované. Tato kontrakce způsobí to, že shluky gluonů, které obklopují letící hadron v jádře, se začnou přibližovat a od určitého momentu se začnou překrývat. Procesy které se nazývají gluonová fůze pak může ubývat celkové množství gluonů v jádře a tímpádem ubývá množství možných srážek a tímpádem i pravděpodobnost vyzáření sledované částice - účinný průřez. Moment, kdy se tento efekt začne uplatňovat se nazývá tzv. saturační škála. Dalším efektem, který je třeba zahrnout mezi koherenční jevy, je efekt zachování energie při vícenásobných interakcích poblíž kinematické limity xF->1. Tento efekt se projevuje jako indukované efektivní energetické ztráty partonu při průchodu jádrem. Sledujeme tedy produkci částic, které z původní srážející se částice odnáší většinu podélné hybnosti(Feynmanova proměnná je definována jako poměr podélné hybnosti vylétávající částice ku hybnosti nalétávající částice v těžišťové soustavě). Představíme-li si, že vyprodukujeme částici s Feynmannovou proměnnou x ~ 1, pak pro produkci dalších částic při vícenásobných srážkách už nezbývá dost podélné hybnosti a díky zákonu zachování hybnosti je produkce částic potlačena. Tento efekt se uplatňuje při libovolné energii srážky a při produkci všech typů částic. Zahrnutím všech koherenčních jevů do výpočtů účinných průřezů proton - jaderných a jádro - jaderných srážek v příslušné limitě dává velmi dobrý souhlas s dosud naměřenými daty.                  

Přihlásit se

Login to your account

Username *
Password *
Remember Me