3ジェットイベント

素粒子物理学において、3ジェット事象とは、最終状態の多くの粒子が3つのジェットに集まっているように見える事象である。1つのジェットは、ほぼ同じ方向に飛び出す粒子で構成される。相互作用点からジェットに対応する3つの円錐を描くことができ、反応で生成される粒子のほとんどはこれらの円錐のいずれかに属しているように見える。これらの事象は現在、グルーオンの存在を示す最も直接的な証拠であり、DESY研究所の PETRA加速器のTASSO実験で初めて観測された。^[1]

ジェットは通常、クォークがハドロン化するときに生成され、クォークはペアでのみ生成されるため、奇数のジェットを含むイベントを説明するには追加の粒子が必要です。量子色力学は、この粒子がクォークの1つによって放射され、クォークと同様にハドロン化する、特にエネルギーの高いグルーオンであることを示しています。

DESY で初めて観測され、 LEP コライダーでの実験によって詳細に研究されたこれらのイベントの特に顕著な特徴は、ルンド弦モデルとの整合性です。このモデルは、低エネルギーグルーオンの「弦」がクォークと高エネルギーグルーオンの間で最も強く形成され、これらの弦が新しいクォーク-反クォークペアに「分解」される (ハドロン化プロセスの一部) ことで、ジェット間(および同一平面内) に「迷い」ハドロンが発生することを示しています。クォーク-グルーオン相互作用はクォーク-クォーク相互作用よりも強いため、このようなハドロンは 2 つのクォークジェット間で観測される頻度ははるかに低くなります。その結果、モデルは、迷いハドロンが 2 つのジェットの間には現れず、各ジェットと 3 番目のジェットの間に現れると予測しています。これはまさに観測されたことです。

確認のため、物理学者は同様のプロセスで生成された光子を伴うイベントも検討しました。この場合、クォーク-クォーク相互作用が唯一の強い相互作用であるため、2 つのクォーク間に「ストリング」が形成され、対応するジェット間に漂遊ハドロンが出現します。3 ジェットイベントと高エネルギー光子を伴う 2 ジェットイベントのこの違いは、3 番目のジェットが強い相互作用下で独自の特性を持つことを示しており、そのジェットの元の粒子がグルーオンであることでのみ説明できます。

以下に、その論理的流れを示します。この図はファインマン図ではなく、時間における「スナップショット」であり、2 つの空間次元を示しています。

2 つのクォーク(実線) とグルーオン(波線) が飛び離れ、弦(赤いバー) は主にグルーオンと各クォークの間にあります。
その結果、3 つのジェット(円錐) が形成され、弦が形成された場所に余分なハドロン(矢印) が見つかります。
比較のために、物理学者は 2 つのクォークと 1 つの光子(波線)によるイベントを調べました。ここでは、弦はクォーク間でのみ形成されます。
したがって、余分なハドロンは 2 つのジェットの間にのみ見つかりますが、これは観測結果と矛盾しています。

エリス・カーライナー角

エリス・カーライナー角は、3ジェットイベントにおける最もエネルギーの高いジェット間の運動学的な角度です。 ^[2] この角度は、実験室のフレームで測定されるのではなく、 2番目と3番目のジェットが背中合わせになるように、最もエネルギーの高いジェットのエネルギーに沿ってブーストされたフレームで測定されます。 DESYのPETRA電子陽電子ストレージリングでエリス・カーライナー角の分布を測定することにより、物理学者は、グルーオンがスピン0やスピン2ではなく、スピン1であることを決定しました。 ^[3]^{[4]その後の}CERNのLEPストレージリングでの実験^[5]により、この結果が確認されました。

参考文献

^ R. Brandelik et al. ( TASSO collaboration) (1979). 「高エネルギーでのe ⁺ e ^{−消滅における平面イベントの証拠」.}Physics Letters B. 86 ( 2): 243–249. Bibcode :1979PhLB...86..243B. doi :10.1016/0370-2693(79)90830-X.
^ J. Ellis, I. Karliner (1979). 「e+e−消滅におけるグルーオンのスピン測定」(PDF) . Nuclear Physics B . 148 (1): 141–147. Bibcode :1979NuPhB.148..141E. doi :10.1016/0550-3213(79)90019-1. OSTI 1447027.
^ R. Brandelik et al. ( TASSO Collaboration ) (1980). 「3ジェットイベントにおけるスピン1グルーオンの証拠」. Physics Letters B. 97 ( 3–4): 453–458. Bibcode :1980PhLB...97..453B. doi :10.1016/0370-2693(80)90639-5.
^ C. Berger et al. ( PLUTO Collaboration ) (1980). 「e ⁺ e ⁻消滅におけるマルチジェットイベントの研究」. Physics Letters B. 97 ( 3–4): 459–464. Bibcode :1980PhLB...97..459B. doi :10.1016/0370-2693(80)90640-1.
^ G. Alexander et al. ( OPAL Collaboration ) (1991). 「√s = 91 GeV での e+e−Annihilations におけるグルーオンスピンに敏感な 3 ジェット分布の測定」(PDF) . Zeitschrift für Physik C . 52 (4): 543. Bibcode :1991ZPhyC..52..543A. doi :10.1007/BF01562326. S2CID 51746005.

さらに読む

A. Ali、G. Kramer (2011)。「JETS と QCD: クォークとグルーオンのジェットの発見と QCD への影響に関する歴史的レビュー」。European Physical Journal H . 36 (2): 245–326. arXiv : 1012.2288 . Bibcode :2011EPJH...36..245A. doi :10.1140/epjh/e2011-10047-1. S2CID 54062126.
P. Söding (2010). 「グルーオンの発見について」(PDF) . European Physical Journal H . 35 (1): 3–28. Bibcode :2010EPJH...35....3S. doi :10.1140/epjh/e2010-00002-5. S2CID 8289475.
W. Bartel et al. ( JADE Collaboration ) (1980). 「e+e−消滅における平面3ジェットイベントの観測とグルーオン制動放射の証拠」. Physics Letters B. 91 ( 1): 142–147. Bibcode :1980PhLB...91..142B. doi :10.1016/0370-2693(80)90680-2.
W. Bartel et al. ( JADE Collaboration ) (1981). 「電子-陽電子消滅におけるジェットの実験的研究」. Physics Letters B. 101 ( 1–2): 129–134. Bibcode :1981PhLB..101..129B. doi :10.1016/0370-2693(81)90505-0.
D. Barber他(MARK Jコラボレーション) (1979)。「PETRA における 3 ジェットイベントの発見と量子色力学のテスト」。Physical Review Letters。43 (12): 830–833。Bibcode :1979PhRvL..43..830B。doi : 10.1103/PhysRevLett.43.830。S2CID 13903005 。
B. Adeva他(MARK J コラボレーション) (1983)。「モデルに依存しない2次強結合定数 α _sの決定」。Physical Review Letters。50 ( 26): 2051–2053。Bibcode :1983PhRvL..50.2051A。doi :10.1103/PhysRevLett.50.2051。
C. Berger他( PLUTO コラボレーション) (1979)。「高エネルギーでの e ⁺ e ⁻消滅におけるグルーオン制動放射の証拠」。Physics Letters B。86 ( 3–4): 418–425。Bibcode : 1979PhLB ...86..418B。doi : 10.1016/0370-2693(79)90869-4。
C.バーガーら。 ( PLUTO コラボレーション) (1985)。「√s = 34.6 GeV での e ⁺ e ⁻消滅におけるエネルギー-エネルギー相関の研究」。物理学のためのツァイシュリフト C . 28 (3): 365。書誌コード:1985ZPhyC..28..365B。土井：10.1007/BF01413599。S2CID 123243445。
R. Brandelik et al. ( TASSO Collaboration ) (1979). 「高エネルギーでの e ⁺ e ⁻消滅における平面イベントの証拠」. Physics Letters B. 86 ( 2): 243–249. Bibcode :1979PhLB...86..243B. doi :10.1016/0370-2693(79)90830-X.
R. Brandelik他( TASSO コラボレーション) (1980)。「3 ジェットイベントにおけるスピン 1 グルーオンの証拠」。Physics Letters B。97 ( 3–4 ): 453–458。Bibcode : 1980PhLB ...97..453B。doi :10.1016/0370-2693(80)90639-5。

[1] R. Brandelik et al. ( TASSO collaboration) (1979). 「高エネルギーでのe ⁺ e ^{−消滅における平面イベントの証拠」.}Physics Letters B. 86 ( 2): 243–249. Bibcode :1979PhLB...86..243B. doi :10.1016/0370-2693(79)90830-X.

[2] J. Ellis, I. Karliner (1979). 「e+e−消滅におけるグルーオンのスピン測定」(PDF) . Nuclear Physics B . 148 (1): 141–147. Bibcode :1979NuPhB.148..141E. doi :10.1016/0550-3213(79)90019-1. OSTI 1447027.

[3] R. Brandelik et al. ( TASSO Collaboration ) (1980). 「3ジェットイベントにおけるスピン1グルーオンの証拠」. Physics Letters B. 97 ( 3–4): 453–458. Bibcode :1980PhLB...97..453B. doi :10.1016/0370-2693(80)90639-5.

[4] C. Berger et al. ( PLUTO Collaboration ) (1980). 「e ⁺ e ⁻消滅におけるマルチジェットイベントの研究」. Physics Letters B. 97 ( 3–4): 459–464. Bibcode :1980PhLB...97..459B. doi :10.1016/0370-2693(80)90640-1.

[5] G. Alexander et al. ( OPAL Collaboration ) (1991). 「√s = 91 GeV での e+e−Annihilations におけるグルーオンスピンに敏感な 3 ジェット分布の測定」(PDF) . Zeitschrift für Physik C . 52 (4): 543. Bibcode :1991ZPhyC..52..543A. doi :10.1007/BF01562326. S2CID 51746005.