Жёсткие адронные реакции

Жёсткие адронные реакции — адронные реакции, в которых основную роль играют именно кварки и глюоны и которые хорошо описываются теорией возмущений в КХД.

Все открытые до сих пор адроны укладываются в стандартную картину, в которой они являются бесцветными составными частицами, построенными из кварков и антикварков. Характерные энергии, связанные с этой внутренней кварковой структурой (то есть характерные энергии связи в потенциальных моделях) порядка $Q_{0}=1$ ГэВ. Возникает естественная классификация процессов столкновений адронов:

• если передача импульса существенно меньше $Q_{0}$, то динамика внутренних степеней свободы адронов несущественна, и можно переформулировать теорию в виде эффективной адронной теории.
• если же передача импульса при рассеянии существенно больше этой величины, то речь идёт о жёсткой адронной реакции.

В этом случае речь идет о том, что с хорошей точностью адроны можно считать слабосвязанными, и рассеяние происходит между отдельными составляющими быстро движущихся адронов — партонами. Такое поведение называется асимптотической свободой и связано оно прежде всего с убыванием константы сильного взаимодействия при увеличении передачи импульса (именно за открытие этого явления была присуждена Нобелевская премия по физике за 2004 год).

Партонная картина

Благодаря свойству асимптотической свободы высокоэнергетический адрон можно считать системой слабо взаимодействующих (а в нулевом приближении, вообще не взаимодействующих) объектов, получивших название партоны. Жёсткая реакция столкновения адронов A и B в этом случае рассматривается как жёсткое столкновение двух партонов (i и j, соответственно). Сечение такой реакции можно записать как

$\sigma (A+B)=\int \limits _{0}^{1}dx_{1}dx_{2}\,f_{i}^{A}(x_{1})f_{j}^{B}(x_{2})\cdot \sigma (i+j)\,.$

Здесь $f_{i}^{A}(x_{1})$ обозначает плотность партонов типа i в адроне A, несущих долю импульса $x_{1}$ этого адрона. Сущность приближения коллинеарной факторизации заключается в том, что партонные плотности в этом выражении не зависят от того, какую именно реакцию мы рассматриваем, а при вычислении сечения столкновения двух партонов $\sigma (i+j)$ оба партона считаются реальными (а не виртуальными). Такое приближение хорошо работает именно в области жёстких столкновений.

Партонная структура высокоэнергетических адронов сложнее кварковой структуры тех же адронов, но находящихся в покое. При бусте, переводящим покоящийся адрон в быстро движущийся, не только изменяется распределение исходных («валентных») кварков по импульсам, но и генерируются глюоны, а также кварк-антикварковые пары (так называемые «морские кварки»).

Все эти партоны обладают своей долей суммарного импульса адрона, а также дают вклад в общий спин адрона. Уже при энергиях адронов в несколько ГэВ, глюоны переносят уже примерно половину всего импульса протона; с дальнейшим ростом энергии эта доля только возрастает.

Уравнение эволюции партонных плотностей

Динамически связанная система (а точнее, её фоковский вектор состояния) не является инвариантной относительно преобразований Лоренца, поэтому переходя в другую систему отсчёта, мы наблюдаем изменение состава адрона. Можно условно сказать, что глюонный компонент появляются при высоких энергиях из той силы, что удерживала кварки в покоящемся адроне. Из этого становится понятно, что вычислить партонные плотности из первых принципов пока не представляется возможным, поскольку в КХД до сих пор не решена общая проблема связанных состояний. Однако в рамках теории возмущений в КХД можно выписать уравнение эволюции партонных плотностей при увеличении жёсткого параметра (как правило, квадрата переданного импульса). Это уравнение носит название уравнения Докшицера-Грибова-Липатова-Альтарелли-Паризи (уравнение ДГЛАП).

Литература

• Жёсткие процессы  (неопр.). www.femto.com.ua. Дата обращения: 22 декабря 2012.
• Арместо Н. и др. А-зависимости сечений жестких процессов в КХД. //ЯФ. — 1998.- т.61, N.1. — с.134-141. — Библиогр.:30.
• И.М. Дремин, А.Б. Кайдалов. Квантовая хромодинамика и феноменология сильных взаимодействий  (неопр.). Успехи физических наук (март 2006). doi:10.3367/UFNr.0176.200603b.0275. — УФН 176 275–287 (2006). Дата обращения: 21 июня 2014. Архивировано 27 сентября 2013 года.

• Всесоюзный институт научной и технической информации, Институт научной информации (Академия наук СССР). Реферативный журнал, Выпуск 6,Часть 1. — М., 1986. — С. 3, 91, 103.
• Журнал ядерной физики, Том 65,Выпуски 5-8. — М., 2002. — 974, 975, 981 с.

• И. М. Дремин, А. В. Леонидов. Кварк-глюонная среда (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2010. — Т. 180. — С. 1167—1196.
• С. М. Трошин, А. В. Тюрин. Спиновые эффекты в жестких процессах с поляризированными протонами (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, Октябрь 1994 года. — Т. 164. — С. 1073—1088.
• Greiner, Walter. Quantum Chromodynamics / Greiner, Walter, Schäfer, Andreas. — Springer, 1994. — ISBN 978-0-387-57103-4.
• Halzen, Francis. Quarks & Leptons: An Introductory Course in Modern Particle Physics / Halzen, Francis, Martin, Alan. — John Wiley & Sons, 1984. — ISBN 978-0-471-88741-6.
• Creutz, Michael. Quarks, Gluons and Lattices. — Cambridge University Press, 1985. — ISBN 978-0-521-31535-7.

Ссылки

• Игорь Иванов. Дифракция в физике элементарных частиц: рассказ первый  (неопр.). elementy.ru. Дата обращения: 22 декабря 2012. Архивировано 10 октября 2014 года.

• A Second Hard Process (англ.). home.thep.lu.se. Дата обращения: 22 декабря 2012. Архивировано 25 января 2013 года.
• Muhammad Nsar. Жёсткие процессы в частицах и атомном ядре  (неопр.). prr.hec.gov.pk (1995). Дата обращения: 22 декабря 2012. Архивировано 25 января 2013 года.
• H. Satz, X. -N. Wang. Жёсткие процессы in hadron-nucleus and nucleus-nucleusinteractions (англ.). osti.gov. Дата обращения: 22 декабря 2012. Архивировано 25 января 2013 года.
• Салеев В.А. Кварк-глюонная плазма - новое состояние вещества  (неопр.). Самарский государственный университет и pereplet.ru (2000). Дата обращения: 22 декабря 2012.
• scientific.ru. Эксперимент: жёсткие реакции адронов  (неопр.). scientific.ru. Дата обращения: 22 декабря 2012.
• scientific.ru. Теория: жёсткие реакции адронов  (неопр.). scientific.ru. Дата обращения: 22 декабря 2012.