Кіріспе
Субатомдық бөлшектердің соқтығысу түрі бөлшектер физикасында терең эластикалық шашырау - электрон, мюон және нейтриноларды пайдалана отырып, адрондардың (әсіресе протондар мен нейтрондар сияқты бариондардың) ішкі жағын зерттеу үшін қолданылатын процесс. Бұл 1960 және 1970 жылдары алғаш рет сыналды және кварктердің шынайылығына қатысты алғашқы дәлелді дәлел берді, ол осы уақытқа дейін көптеген адамдар таза математикалық құбылыс деп санады. Бұл Ратфордтың шашырауының шашырауыш бөлшектің әлдеқайда жоғары энергиясына және ядролардың құрамдас бөліктерінің әлдеқайда жақсы ажыратылуына жалғасы. Генри Уэй Кендалл, Джером Айзек Фридман және Ричард Э. Тейлор 1990 жылғы Нобель сыйлығының бірлескен иегерлері болды. "электронның протондар мен байланған нейтрондардағы терең эластикалық шашырауы туралы ілгерілеуші зерттеулері үшін, олар бөлшектер физикасындағы кварк моделінің дамуы үшін маңызды болды".
In particle physics, deep inelastic scattering is the name given to a process used to probe the insides of hadrons (particularly the baryons, such as protons and neutrons), using electrons, muons and neutrinos. It was first attempted in the 1960s and 1970s and provided the first convincing evidence of the reality of quarks, which up until that point had been considered by many to be a purely mathematical phenomenon. It is an extension of Rutherford scattering to much higher energies of the scattering particle and thus to much finer resolution of the components of the nuclei. Henry Way Kendall, Jerome Isaac Friedman and Richard E. Taylor were joint recipients of the Nobel Prize of 1990 "for their pioneering investigations concerning deep inelastic scattering of electrons on protons and bound neutrons, which have been of essential importance for the development of the quark model in particle physics."
Сипаттама
Терминологияның әр бөлігін түсіндіру үшін "таралу" дегеніміз лептондардың (электрон, мюон және т.б.) бұрылысы. адроннан ажыратылады. Бұрылу бұрыштарын өлшеу процестің сипаты туралы ақпарат береді. "Елсіз" дегеніміз нысананың кинетикалық энергияны сіңіретінін білдіреді. Шын мәнінде, лептондардың өте жоғары энергиясында нысана "жарылып", көптеген жаңа бөлшектер шығарады. Бұл бөлшектер адрон болып табылады және өте оңайлату үшін процесс нысананың құраушы кваркі нысана адронынан "жүргізіліп" жатқаны ретінде түсіндіріледі, ал кварктардың тұтқындалуынан кварктер нақты байқалмайды, бірақ оның орнына адронизация арқылы байқалатын бөлшектерді шығарады. "Қоңырау" деген сөз лептондардың жоғары энергиясына қатысты, бұл оған өте қысқа толқын ұзындығын береді, сондықтан мақсатты адронның көлемімен салыстырғанда кішкентай қашықтықты зондтау мүмкіндігі бар, сондықтан ол адронның "ішінде" терең іздей алады. Сонымен қатар, бұл дүрліктіретін шамада ол лептондан шығарылатын және мақсатты адрон сіңіретін, энергияны оның құрамдас кварктарының біріне өткізетін жоғары энергиялы виртуалды фотон екенін ескеріңіз, көрнекті диаграммада көрсетілгендей. Пов және Розина "нуклондарға қарсы терең эластикалық шашырау" термині нуклондардың кварк субструктурасы белгісіз болған кезде қолданылғанын атап өтті. Олар "квазиэластикалық лептон кварк шашырауы" деген терминді артық көреді.
Тарих
Физиканың стандартты моделі, әсіресе 1960 жылдары Мюррей Гелл Маннның жұмысы, бөлшектер физикасындағы бұрыннан бір-бірінен айырмалы тұжырымдамаларды бір, салыстырмалы түрде қарапайым схемаға біріктіруде сәтті болды. Негізінде, бөлшектердің үш түрі болды: Лептондар, олар электрондар, нейтринолар және олардың антибөлшектері сияқты аз салмақты бөлшектер болды. Олардың бүтін сандық электр заряды бар. Гаузерлік бозондар, олар күштер алмасатын бөлшектер. Бұл фотондар массасыз, оңай байқалған фотондардан (электромагниттік күштің тасымалдаушысы) күшті ядролық күшті тасымалдайтын экзотикалық (әлі де массасыз) глюондарға дейін созылады. Кварктар - бұл электр зарядының бөлшек түрлерін тасымалдайтын, үлкен бөлшектер. Олар адронның "құрылыс блоктары". Олар сондай-ақ күшті өзара әрекеттесудің әсеріне ұшыраған жалғыз бөлшектер. Лептондар 1897 жылдан бері анықталып келді, ол кезде Дж. Дж. Томсон электр тогы - электрон ағыны екенін көрсетті. Кейбір бозондар жүйелі түрде анықталды, бірақ W+, W− және Z0 электрозәл күш бөлшектері тек 1980-ші жылдардың басында ғана анықталды, ал глюондар шамамен сол уақытта Гамбургтегі DESY-де ғана берік бекітілді. Алайда кварктар әлі де табылмай тұрды. 20 ғасырдың басында Рутерфордтың жаңашыл тәжірибелеріне сүйене отырып, кварктерді анықтау идеясы жасалды. Резерфорд алтын атомдарына альфа бөлшектерін атып, атомдардың ортасында кішкентай, үлкен, зарядталған ядросы бар екенін дәлелдеген. Көбісі аз немесе мүлдем ауытқусыз өтті, бірақ аздары үлкен бұрыштар арқылы ауытқыды немесе кері қайтып келді. Бұл атомның ішкі құрылымы мен бос кеңістігі көп екенін көрсетті. Барионның ішкі жағын зерттеу үшін кішкентай, өткір және оңай шығарылатын бөлшекті пайдалану қажет болды. Электрондар бұл рөлге өте қолайлы болды, өйткені олар көп және электр зарядының арқасында жоғары энергияға оңай жылдамдатылады. 1968 жылы Стэнфордтың сызықтық үдемелілеу орталығында (SLAC) атом ядросындағы протон мен нейтронға электронды от атылды. Кейінгі тәжірибелер Тездету кейбір кинетикалық энергияны сіңіреді, сондықтан ол эластикалық емес. Бұл Резерфордтың шашырауына қарама-қарсы, ол эластикалық: кинетикалық энергия жоғалмайды. Электрон ядродан шығады, оның траекториясы мен жылдамдығын анықтау мүмкін. Нәтижелерді талдаудан кейін адрондардың ішкі құрылымы бар деген қорытындыға келдік. Эксперименттер маңызды болды, өйткені олар кварктердің физикалық шындықты растап қана қоймай, сонымен қатар Стандартты модель бөлшектер физиктерінің ізденуіне дұрыс жол екенін тағы да дәлелдеді.
The leptons, which were low mass particles such as electrons, neutrinos and their antiparticles. They have integer electric charge. The gauge bosons, which were particles that exchange forces. These ranged from the massless, easy to detect photon (the carrier of the electro magnetic force) to the exotic (though still massless) gluons that carry the strong nuclear force. The quarks, which were massive particles that carried fractional electric charges. They are the "building blocks" of the hadrons. They are also the only particles to be affected by the strong interaction. The leptons had been detected since 1897, when J. J. Thomson had shown that electric current is a flow of electrons. Some bosons were being routinely detected, although the W+, W− and Z0 particles of the electroweak force were only categorically seen in the early 1980s, and gluons were only firmly pinned down at DESY in Hamburg at about the same time. Quarks, however, were still elusive. Drawing on Rutherford's groundbreaking experiments in the early years of the 20th century, ideas for detecting quarks were formulated. Rutherford had proven that atoms had a small, massive, charged nucleus at their centre by firing alpha particles at atoms of gold. Most had gone through with little or no deviation, but a few were deflected through large angles or came right back. This suggested that atoms had internal structure and a lot of empty space. In order to probe the interiors of baryons, a small, penetrating and easily produced particle needed to be used. Electrons were ideal for the role, as they are abundant and easily accelerated to high energies due to their electric charge. In 1968, at the Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), electrons were fired at protons and neutrons in atomic nuclei. Later experiments
The collision absorbs some kinetic energy, and as such it is inelastic. This is a contrast to Rutherford scattering, which is elastic: no loss of kinetic energy. The electron emerges from the nucleus, and its trajectory and velocity can be detected. Analysis of the results led to the conclusion that hadrons do indeed have internal structure. The experiments were important because not only did they confirm the physical reality of quarks, but also proved again that the Standard Model was the correct avenue of research for particle physicists to pursue.