Введение
Тип столкновения субатомных частиц В физике частиц глубокое неэластичное рассеяние - это название процесса, используемого для исследования внутренних частей адронов (особенно барионов, таких как протоны и нейтроны), с использованием электронов, мюонов и нейтрино. Впервые это было предпринято в 1960-х и 1970-х годах и предоставило первые убедительные доказательства реальности кварков, которые до этого момента многие считали чисто математическим явлением. Это расширение рассеяния Резерфорда до гораздо более высоких энергий рассеивающейся частицы и, таким образом, до гораздо более тонкого разрешения компонентов ядер. Генри Уэй Кендалл, Джером Айзек Фридман и Ричард Э. Тейлор были совместными лауреатами Нобелевской премии 1990 года "за их новаторские исследования, касающиеся глубокого неэластичного рассеяния электронов на протонах и связанных нейтронах, которые имели существенное значение для развития кварковой модели в физике частиц".
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."
Описание
Чтобы объяснить каждую часть терминологии, "рассеяние" относится к отклонению лептонов (электрона, мюона и т. д.). от адронов. Измерение углов отклонения дает информацию о природе процесса. "Неэластичный" означает, что цель поглощает некоторую кинетическую энергию. На самом деле, при очень высоких энергиях используемых лептонов, цель "разрывается" и излучает много новых частиц. Эти частицы - адроны, и, чтобы значительно упростить процесс, он интерпретируется как составляющий кварк мишени, "выбитый" из целевого адрона, и из-за ограничения кварков кварки фактически не наблюдаются, а вместо этого производят наблюдаемые частицы адронизацией. "Глубокое" относится к высокой энергии лептона, что дает ему очень короткую длину волны и, следовательно, способность исследовать расстояния, которые невелики по сравнению с размером целевого адрона, поэтому он может исследовать "глубоко внутри" адрона. Также обратите внимание, что в возмутительном приближении это виртуальный фотон высокой энергии, излучаемый лептоном и поглощаемый адроном-мишенью, который передает энергию одному из его составляющих кварков, как на соседнем диаграмме. Пов и Розина указали, что термин "глубокое неэластичное рассеяние против нуклеонов" был придуман, когда кварковая субструктура нуклеонов была неизвестна. Они предпочитают термин "квазиэластичное рассеивание кварков лептонов".
История
Стандартная модель физики, в частности работа Мюррея Гелла Манна в 1960-х годах, была успешной в объединении многих ранее разрозненных концепций в физике частиц в одну, относительно простую схему. В сущности, существовало три типа частиц: лептоны, которые были частицами с низкой массой, такими как электроны, нейтрино и их античастицы. У них целый электрический заряд. Измерительные бозоны, которые были частицами, которые обмениваются силами. Они варьировались от легко обнаруживаемого фотона (носителя электромагнитной силы) до экзотических (хотя и безмассивных) глюонов, которые несут сильную ядерную силу. Кварки, которые были массивными частицами, несущими частичные электрические заряды. Они являются "строительными блоками" адронов. Они также являются единственными частицами, которые подвергаются воздействию сильного взаимодействия. Лептоны были обнаружены с 1897 года, когда Дж. Дж. Томсон показал, что электрический ток - это поток электронов. Некоторые бозоны были обнаружены регулярно, хотя частицы W+, W− и Z0 электрослабой силы были категорически замечены только в начале 1980-х годов, а глюоны были только твердо закреплены в DESY в Гамбурге примерно в то же время. Однако кварки все еще были неуловимы. На основе новаторских экспериментов Резерфорда в начале 20-го века были сформулированы идеи по обнаружению кварков. Резерфорд доказал, что атомы имеют маленькое, массивное, заряженное ядро в их центре, запуская альфа-частицы в атомы золота. Большинство прошли с небольшим отклонением или вообще без отклонения, но некоторые были отклонены под большим углом или вернулись обратно. Это предполагало, что атомы имеют внутреннюю структуру и много пустого пространства. Для того, чтобы исследовать внутренние частицы барионов, необходимо использовать небольшую, проникающую и легко производимую частицу. Электроны были идеальны для этой роли, так как они в изобилии и легко ускоряются до высоких энергий из-за их электрического заряда. В 1968 году в Стэнфордском линейном ускорителе (SLAC) электроны были выпущены на протоны и нейтроны в атомных ядрах. Позже эксперименты Столкновение поглощает некоторую кинетическую энергию, и как таковое оно неэластично. Это контраст с рассеянием Резерфорда, которое является эластичным: нет потери кинетической энергии. Электрон выходит из ядра, и его траектория и скорость могут быть обнаружены. Анализ результатов привел к выводу, что адроны действительно имеют внутреннюю структуру. Эксперименты были важны не только потому, что они подтвердили физическую реальность кварков, но и снова доказали, что Стандартная модель является правильным путем исследований для физиков частиц.
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.