Процесс e+-e− аннигиляции занимает особое место в физике частиц. Поэтому не случайно в различных лабораториях было построено большое количество e+-e− коллайдеров. Аннигиляция электрона и позитрона происходит в результате электромагнитного взаимодействия. Электрон и позитрон аннигилируют, в результате рождается фотон с энергией равной сумме энергий электрона и позитрона. Фотон может родить любые частицы, которые способны образоваться при данной энергии. В частности в результате e+-e− аннигиляции могут рождаться пары μ+-μ− и τ+-τ−. Диаграммы Фейнмана их образования показаны на рис.1.
|
||||
Возникает естественный вопрос, а как происходит процесс
рождения адронов в e+-e−
аннигиляции? Здесь также на первом этапе происходит взаимное уничтожение
электрона и позитрона с образованием фотона. Затем фотон образует из вакуума
кварк-антикварковую пару. В таком процессе глюоны рождаться не могут, так как
они не участвуют в электромагнитных взаимодействиях. Из законов сохранения
энергии и импульса следует, что образовавшиеся кварк-антикварковая пара имеет ту
же энергию, что и сталкивающиеся лептоны. Однако кварки не могут существовать в
свободном состоянии. Например, если первоначально образовалась пара с 
-кварков, то они
могут образовать мезон со скрытым очарованием – J/ψ-мезон,
либо с-кварк может подхватить из вакуума 
-кварк, образуя D+-мезон, а -кварк – d-кварк,
образуя D−-мезон (рис.2). Такой процесс превращения кварков в адроны
называется адронизацией.
|
|
Из закона сохранения импульса следует ожидать, что импульсы адронов должны
быть направлены по направлению импульсов первоначально образовавшихся кварков.
В экспериментах 1975 г. на установках SLAC, а затем PETRA
было обедительно показано, что такие струи адронов действительно наблюдаются.
Адронная струя
– это совокупность адронов летящих в одном направлении. Средний угол раствора
струи уменьшается с ростом ее энергии, т.е. адроны все сильнее группируются
вокруг направления вылета кварка. При энергии ~20 ГэВ составляющие струю адроны
занимают ~5% от полного телестного угла.
|
|
Наблюдение адронных струй – одно из доказательств того,
что кварки действительно существуют. В частности измерения на нейтринном (антинейтринном)
пучке показали, что заряды адронных струй, усредненные по многим событиям
"помнят" заряд образовавшего их кварка. Были получены экспериментальные оценки
зарядов u и d-кварков 0.65+012 и
–0.33+0.09 соответственно.
В 1979 г. Было объявлено , что на накопительном кольце PETRA
наблюдались трехструйные события. При столкновении электронов и позитронов с
энергией 20 ГэВ в большом количестве рождались кварк-антикварковые пары, которые
наблюдались как двухструйные события. Однако возможно, что в результате
взаимодействия кварков с глюонами один из кварков может испустить глюон, изменив
при этом направление первоначального движения (рис.3). Глюон так же как и кварк
давал начало адронной струе. Такой процесс называется тормозным излучением
глюонов. В результате будет наблюдаться трехструйное событие. Вскоре были
открыты и четырехструйные события, которые соответствуют испусканию двух глюонов.
Их доля составляла ~1%, что находится в согласии с предсказаниями КХД.
См. струи, возникающие при e+-e− аннигиляции (Java апплеты).
|
|
16.11.15