Методы идентификации b-кварковых струй в физике частиц
B-tagging
Идентификация b-кварков в физике частиц: методы b-тэгирования, основанные на времени жизни и характеристиках распада b-джетов. Повышение точности экспериментов.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
b-тегирование — метод идентификации струй, используемый в современных экспериментах по физике частиц. Это определение (или "маркировка") струй, образованных b-кварками (или нижними кварками, отсюда и название).
b tagging is a method of jet flavor tagging used in modern particle physics experiments. It is the identification (or "tagging") of jets originating from bottom quarks (or b quarks, hence the name).
Методы
Методы маркировки b основаны на уникальных особенностях b-струй. К ним относятся:
The methods for b tagging are based on the unique features of b jets. These include:
Адроны, содержащие b-кварки, имеют достаточный срок жизни, чтобы пролететь некоторое расстояние до распада. С другой стороны, их время жизни не настолько велико, как у адронов, содержащих легкие кварки, поэтому они распадаются внутри детектора, а не вылетают за его пределы. Развитие прецизионных кремниевых детекторов в детекторах частиц позволило идентифицировать частицы, происходящие из точки, отличной от точки образования b-кварка (например, точки столкновения пучков в ускорителе частиц), что указывает на вероятное присутствие b-струи. B-кварк значительно массивнее, чем все продукты его распада. Поэтому продукты распада, как правило, имеют более высокий поперечный импульс (импульс, перпендикулярный исходному направлению b-кварка и, следовательно, b-струи). Это приводит к тому, что b-струи шире, имеют более высокую множественность (количество составляющих частиц) и инвариантную массу, а также содержат низкоэнергетические лептоны с поперечным импульсом относительно струи. Эти две характеристики можно измерить, и струи, обладающие ими, с большей вероятностью являются b-струями. В эксперименте LHCb использовались алгоритмы, основанные на анализе противоположных сторон, для маркировки аромата пар b-кварков, используя продукты распада B-адронов для определения аромата B-мезонов. Ни один из методов идентификации b-струй не является безошибочным, и современные эксперименты в физике частиц должны уделять значительное время изучению частоты успешной идентификации b-струй и частоты их ошибочной идентификации как других струй. Метод Монте-Карло используется для разработки и оценки эффективности алгоритмов маркировки. Эксперименты, проводящие прецизионные измерения B-мезонов (мезонов, содержащих b-кварки), также пытаются идентифицировать конкретный исходный B-мезон внутри струи. Это делается для наблюдения за колебаниями одного мезона в другой (колебания), что позволяет измерять нарушение CP-инвариантности.
Hadrons containing bottom quarks have sufficient lifetime that they travel some distance before decaying. On the other hand, their lifetimes are not so high as those of light quark hadrons, so they decay inside the detector rather than escape. The advent of precision silicon detectors within particle detectors has made it possible to identify particles that originate from a place different to where the bottom quark was formed (e. g. the beam–beam collision point in a particle accelerator), and thus indicating the likely presence of a b jet. The bottom quark is much more massive than anything it decays into. Thus its decay products tend to have higher transverse momentum (momentum perpendicular to the original direction of the bottom quark, and therefore of the b jet). This causes b jets to be wider, have higher multiplicities (numbers of constituent particles) and invariant masses, and also to contain low energy leptons with momentum perpendicular to the jet. These two features can be measured, and jets that have them are more likely to be b jets. Opposite side algorithms have been used at the LHCb to tag the flavor in pairs of b quarks using the decay products of B hadrons to infer the flavor of B mesons. None of the methods of identifying b jets are foolproof, and modern particle physics experiments must devote significant time to studying how often they successfully identify b jets and how often they misidentify other jets. Monte Carlo simulations are used to develop and evaluate the performance of tagging algorithms. Experiments making precise measurements of B mesons (mesons containing b quarks) also try to identify the particular initial B meson within the jet. This is done in order to observe the oscillation of one meson into another (– oscillation), which allows the measurement of CP violation.