En física de partículas , un evento de tres chorros es un evento con muchas partículas en estado final que parecen agruparse en tres chorros . Un solo chorro consta de partículas que vuelan aproximadamente en la misma dirección. Se pueden dibujar tres conos del punto de interacción, correspondientes a los chorros, y la mayoría de las partículas creadas en la reacción parecerán pertenecer a uno de estos conos. Estos eventos son actualmente la evidencia disponible más directa de la existencia de gluones , y fueron observados por primera vez por el experimento TASSO en el acelerador PETRA en el laboratorio DESY . [1]
Dado que los chorros se producen normalmente cuando los quarks se hadronizan , y los quarks se producen solo en pares , se requiere una partícula adicional para explicar los eventos que contienen un número impar de chorros. La cromodinámica cuántica indica que esta partícula es un gluón particularmente energético, irradiado por uno de los quarks, que hadroniza mucho como lo hace un quark.
Una característica particularmente llamativa de estos eventos, que se observaron por primera vez en DESY y se estudiaron en gran detalle mediante experimentos en el colisionador LEP , es su coherencia con el modelo de cuerdas de Lund . El modelo indica que "cadenas" de gluones de baja energía se formarán con más fuerza entre los quarks y los gluones de alta energía, y que se producirá la "ruptura" de estas cadenas en nuevos pares de quark-antiquark (parte del proceso de hadronización) en algunos hadrones "perdidos" entre los chorros (y en el mismo plano). Dado que la interacción quark-gluón es más fuerte que la interacción quark-quark, estos hadrones se observarán con mucha menos frecuencia entre los dos chorros de quark. Como resultado, el modelo predice que los hadrones perdidos no aparecerán entre dos de los chorros, sino que aparecerán entre cada uno de ellos y el tercero. Eso es precisamente lo que se observa.
Como prueba, los físicos también han considerado eventos con un fotón producido en un proceso similar. En este caso, la interacción quark-quark es la única interacción fuerte , por lo que se forma una "cadena" entre los dos quarks, y ahora aparecen hadrones perdidos entre los chorros correspondientes. Esta diferencia entre los eventos de tres chorros y los eventos de dos chorros con un fotón de alta energía, que indica que el tercer chorro tiene propiedades únicas bajo la interacción fuerte, solo puede explicarse porque la partícula original en ese chorro es un gluón.
La línea de razonamiento se ilustra a continuación. Los dibujos no son diagramas de Feynman ; son "instantáneas" en el tiempo y muestran dos dimensiones espaciales.
A modo de comparación, los físicos observaron eventos con dos quarks y un fotón (línea ondulada). Aquí la cadena se forma solo entre quarks.
Por lo tanto, solo se encuentran hadrones adicionales entre los dos chorros, lo cual es inconsistente con las observaciones.
Ángulo de Ellis-Karliner
El ángulo de Ellis-Karliner es el ángulo cinemático entre los chorros de energía más alta en un evento de tres chorros. [2] El ángulo no se mide en el marco del laboratorio , sino en un marco impulsado a lo largo de la energía del chorro de mayor energía, de modo que el segundo y el tercer chorro estén uno al lado del otro. Al medir la distribución del ángulo de Ellis-Karliner en el anillo de almacenamiento de electrones y positrones de PETRA en DESY , los físicos determinaron que el gluón tiene un espín uno en lugar de un espín cero o un espín dos. [3] [4] Experimentos posteriores [5] en el anillo de almacenamiento de LEP en el CERN confirmaron este resultado.
Referencias
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- ^ J. Ellis, I. Karliner (1979). "Midiendo el giro del gluón en e + e - aniquilación". Física B nuclear . 148 (1): 141-147. Código Bibliográfico : 1979NuPhB.148..141E . doi : 10.1016 / 0550-3213 (79) 90019-1 . OSTI 1447027 .
- ^ R. Brandelik y col. ( Colaboración TASSO ) (1980). "Evidencia de un gluón spin-1 en eventos de tres chorros". Physics Letters B . 97 (3–4): 453–458. Código Bibliográfico : 1980PhLB ... 97..453B . doi : 10.1016 / 0370-2693 (80) 90639-5 .
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- ^ G. Alexander y col. ( Colaboración OPAL ) (1991). "Medición de distribuciones de tres chorros sensibles al giro del gluón en e + e - aniquilaciones en √s = 91 GeV". Zeitschrift für Physik C . 52 (4): 543. Código bibliográfico : 1991ZPhyC..52..543A . doi : 10.1007 / BF01562326 . S2CID 51746005 .
Otras lecturas
- A. Ali, G. Kramer (2011). "JETS y QCD: una revisión histórica del descubrimiento de los chorros de quarks y gluones y su impacto en QCD". Physical Europea Diario H . 36 (2): 245–326. arXiv : 1012.2288 . Código bibliográfico : 2011EPJH ... 36..245A . doi : 10.1140 / epjh / e2011-10047-1 . S2CID 54062126 .
- P. Söding (2010). "Sobre el descubrimiento del gluón" (PDF) . Physical Europea Diario H . 35 (1): 3-28. Código Bibliográfico : 2010EPJH ... 35 .... 3S . doi : 10.1140 / epjh / e2010-00002-5 . S2CID 8289475 .
- W. Bartel y col. ( Colaboración JADE ) (1980). "Observación de eventos planos de tres chorros en e + e - aniquilación y evidencia de gluon bremsstrahlung" . Physics Letters B . 91 (1): 142-147. Código Bibliográfico : 1980PhLB ... 91..142B . doi : 10.1016 / 0370-2693 (80) 90680-2 .
- W. Bartel y col. ( Colaboración JADE ) (1981). "Estudio experimental de chorros en aniquilación electrón-positrón". Physics Letters B . 101 (1-2): 129-134. Código Bibliográfico : 1981PhLB..101..129B . doi : 10.1016 / 0370-2693 (81) 90505-0 .
- D. Barber y col. ( Colaboración MARK J ) (1979). "Descubrimiento de eventos de tres chorros y una prueba de cromodinámica cuántica en PETRA". Cartas de revisión física . 43 (12): 830–833. Código Bibliográfico : 1979PhRvL..43..830B . doi : 10.1103 / PhysRevLett.43.830 .
- B. Adeva y col. ( Colaboración MARK J ) (1983). "Determinación de segundo orden independiente del modelo de la constante de acoplamiento fuerte α s ". Cartas de revisión física . 50 (26): 2051-2053. Código Bibliográfico : 1983PhRvL..50.2051A . doi : 10.1103 / PhysRevLett.50.2051 .
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