النفاثات (فيزياء الجسيمات)

النفاثة هي مخروط ضيق من الهادرونات وجسيمات أخرى تنتج عن تكوّن الهادرونات من الكواركات والغلوونات في تجارب فيزياء الجسيمات أو الأيونات الثقيلة. لا يمكن للجسيمات الحاملة لشحنة لونية ، أي الكواركات والغلوونات، أن توجد بشكل حر بسبب حصر الديناميكا اللونية الكمومية (QCD) الذي لا يسمح إلا بوجود حالات عديمة اللون. عندما تصطدم البروتونات بطاقات عالية، تحمل كل مكوناتها المشحونة لونياً جزءاً من شحنتها اللونية. ووفقاً للحصر، تُكوّن هذه الشظايا أجساماً ملونة أخرى حولها لتشكيل هادرونات عديمة اللون. تُسمى مجموعة هذه الأجسام بالنفاثة، لأن الشظايا جميعها تميل إلى التحرك في نفس الاتجاه، مُشكّلةً "نفثة" ضيقة من الجسيمات. تُقاس النفاثات في كواشف الجسيمات وتُدرس لتحديد خصائص الكواركات الأصلية.

يتضمن تعريف النفاثات خوارزميةً ومخططًا لإعادة التجميع. ^{[ 1 ]} تُحدد الخوارزمية كيفية تجميع بعض المدخلات، مثل الجسيمات أو عناصر الكاشف، في نفاثات، بينما يُحدد المخطط كيفية إسناد الزخم إلى كل نفاث. على سبيل المثال، يمكن تمييز النفاثات بقوة الدفع . ويمكن تعريف اتجاه النفاث (محور النفاث) على أنه محور الدفع . في تجارب فيزياء الجسيمات، تُبنى النفاثات عادةً من تجمعات ترسبات الطاقة في مسعر الكاشف . عند دراسة العمليات المحاكاة، يمكن إعادة بناء نفاثات المسعر بناءً على استجابة الكاشف المحاكاة. مع ذلك، في العينات المحاكاة، يمكن أيضًا إعادة بناء النفاثات مباشرةً من الجسيمات المستقرة الناتجة عن عمليات التفتت. غالبًا ما يُشار إلى النفاثات على مستوى الجسيمات باسم النفاثات الحقيقية. تسمح خوارزمية النفاثات الجيدة عادةً بالحصول على مجموعات متشابهة من النفاثات على مستويات مختلفة في تطور الحدث. من خوارزميات إعادة بناء النفاثات النموذجية، على سبيل المثال، خوارزمية مضاد _kT ، وخوارزمية kT _، وخوارزمية المخروط. مخطط إعادة التركيب النموذجي هو مخطط E، أو مخطط المتجه الرباعي، حيث يتم تعريف المتجه الرباعي للنفث على أنه مجموع المتجهات الرباعية لجميع مكوناته.

في فيزياء الأيونات الثقيلة النسبية، تُعدّ النفاثات مهمة لأن التشتت القوي الناتج عنها يُشكّل مؤشراً طبيعياً لمادة الكروموديناميكا الكمية المتكونة في التصادم، ويُشير إلى طورها. عندما تخضع مادة الكروموديناميكا الكمية لانتقال طوري إلى بلازما الكواركات والغلوونات ، يزداد فقد الطاقة في الوسط بشكل ملحوظ، مما يُخمد (يُقلل من شدة) النفاثة الخارجة.

من أمثلة تقنيات تحليل النفاثات ما يلي:

• ارتباط النفاثات
• تحديد النكهات (مثل، وضع علامات b )
• البنية الفرعية للنفث.

يُعد نموذج سلسلة لوند مثالاً على نموذج تجزئة النفاثات.

يتم إنتاج النفاثات في عمليات التشتت الصلب في الديناميكا اللونية الكمومية، مما يؤدي إلى إنشاء كواركات أو غلوونات ذات زخم عرضي عالٍ، أو ما يسمى مجتمعة بالبارتونات في الصورة البارتونية.

يُوصَف احتمال تكوين مجموعة معينة من النفاثات بواسطة المقطع العرضي لإنتاج النفاثات، وهو متوسط ​​عمليات الكواركات والكواركات المضادة والغلوونات الأولية في نظرية الكروموديناميكا الكمية الاضطرابية، مُرجَّحًا بدوال توزيع البارتونات . بالنسبة لعملية إنتاج أزواج النفاثات الأكثر شيوعًا، وهي تشتت الجسيمين، يُعطى المقطع العرضي لإنتاج النفاثات في التصادم الهادروني بالعلاقة التالية:

${\displaystyle \sigma _{ij\rightarrow k}=\sum _{i,j}\int dx_{1}dx_{2}d{\hat {t}}f_{i}^{1}(x_{1},Q^{2})f_{j}^{2}(x_{2},Q^{2}){\frac {d{\hat {\sigma }}_{ij\rightarrow k}}{d{\hat {t}}}},}$

مع

• x ، Q ² : نسبة الزخم الطولي ونقل الزخم
• ${\displaystyle {\hat {\sigma }}_{ij\rightarrow k}}$المقطع العرضي لنظرية الاضطراب في الديناميكا اللونية الكمومية للتفاعل ij  → k 
• ${\displaystyle f_{i}^{a}(x,Q^{2})}$دالة توزيع البارتون لإيجاد نوع الجسيمات i في الحزمة a .

المقاطع العرضية الأولية${\displaystyle {\hat {\sigma }}}$يتم حسابها على سبيل المثال وفقًا للرتبة الرئيسية لنظرية الاضطراب في بيسكين وشرودر (1995)، القسم 17.4. وتتم مناقشة مراجعة لمختلف معلمات دوال توزيع البارتون والحساب في سياق مولدات أحداث مونت كارلو في تي. سيستراند وآخرون (2003)، القسم 7.4.1.

قد تُظهر حسابات الديناميكا اللونية الكمومية الاضطرابية وجود جسيمات ملونة في الحالة النهائية، ولكن لا تُلاحظ تجريبياً إلا الهادرونات عديمة اللون التي تُنتج في نهاية المطاف. لذا، لوصف ما يُرصد في الكاشف نتيجةً لعملية معينة، يجب أن تخضع جميع الجسيمات الملونة الخارجة أولاً لظاهرة وابل الجسيمات، ثم تتحد الجسيمات الناتجة لتكوين الهادرونات. غالباً ما يُستخدم مصطلحا التجزئة والتكوين الهادروني بشكل متبادل في الأدبيات العلمية لوصف إشعاع الديناميكا اللونية الكمومية اللين، أو تكوين الهادرونات، أو كليهما معاً.

عندما يخرج البارتون الناتج عن التشتت القوي من التفاعل، يزداد ثابت الاقتران القوي مع ازدياد المسافة بينهما. وهذا يزيد من احتمالية إشعاع الديناميكا اللونية الكمومية، والذي يكون في الغالب بزاوية ضحلة بالنسبة للبارتون الأصلي. وبالتالي، يُشع البارتون الواحد غلوونات، والتي بدورها تُشع أزواجًا من q q وهكذا، مع كون كل بارتون جديد شبه متوازي مع البارتون الأصلي. ويمكن وصف ذلك بدمج الدوال الدورانية مع دوال التجزئة.${\displaystyle P_{ji}\!\left({\frac {x}{z}},Q^{2}\right)}$، بطريقة مشابهة لتطور وظائف كثافة البارتون. يتم وصف ذلك من خلال معادلة من نوع دوكشيتزر - جريبوف - ليباتوف - ألتاريللي - باريسي ( DGLAP )

${\displaystyle {\frac {\partial }{\partial \ln Q^{2}}}D_{i}^{h}(x,Q^{2})=\sum _{j}\int _{x}^{1}{\frac {dz}{z}}{\frac {\alpha _{S}}{4\pi }}P_{ji}\!\left({\frac {x}{z}},Q^{2}\right)D_{j}^{h}(z,Q^{2})}$

ينتج عن وابل البارتونات بارتونات ذات طاقة أقل تدريجيًا، وبالتالي يجب أن تخرج عن نطاق صلاحية نظرية الكروموديناميكا الكمية الاضطرابية. لذا، يجب تطبيق نماذج ظاهرية لوصف المدة الزمنية لحدوث هذا الوابل، ثم دمج البارتونات الملونة في حالات مقيدة من الهادرونات عديمة اللون، وهي عملية غير اضطرابية بطبيعتها. ومن الأمثلة على ذلك نموذج لوند للسلسلة، المُطبق في العديد من مولدات الأحداث الحديثة .

تُعتبر خوارزمية النفاثات آمنةً في نطاق الأشعة تحت الحمراء إذا أنتجت نفس مجموعة النفاثات بعد تعديل حدث ما لإضافة إشعاع منخفض الطاقة. وبالمثل، تُعتبر خوارزمية النفاثات آمنةً في نطاق الانحراف الخطي إذا لم تتغير المجموعة النهائية من النفاثات بعد إدخال انقسام خطي لأحد المدخلات. هناك عدة أسباب تجعل خوارزمية النفاثات مُلزمةً بتلبية هذين الشرطين. عمليًا، تكون النفاثات مفيدةً إذا حملت معلوماتٍ حول البارتون الأولي. عند إنتاجه، يُتوقع أن يخضع البارتون الأولي لوابل من البارتونات، والذي قد يتضمن سلسلةً من الانقسامات شبه الخطية قبل بدء عملية التكوين الهادروني. علاوةً على ذلك، يجب أن تكون خوارزمية النفاثات قويةً في مواجهة تقلبات استجابة الكاشف. نظريًا، إذا لم تكن خوارزمية النفاثات آمنةً في نطاق الأشعة تحت الحمراء وفي نطاق الانحراف الخطي، فلا يُمكن ضمان الحصول على مقطع عرضي محدود عند أي رتبة من نظرية الاضطراب.

• حدث ديجيت

• أندرسون، ب.؛ غوستافسون، ج.؛ إنجلمان، ج.؛ سيستراند، ت. (1983). "تجزئة البارتونات وديناميكيات الأوتار". تقارير الفيزياء . 97 ( 2-3 ): 31-145 . رمز Bibcode : 1983PhR....97...31A . doi : 10.1016/0370-1573(83)90080-7 . ISSN 0370-1573 . 
• إليس، ستيفن د.؛ سوبر، دافيسون إي. (1993-10-01). "خوارزمية النفاثات المركبة المتتالية لتصادمات الهادرونات". مجلة Physical Review D. 48 ( 7): 3160–3166 . arXiv : hep-ph/9305266 . Bibcode : 1993PhRvD..48.3160E . doi : 10.1103 / physrevd.48.3160 . ISSN 0556-2821 . PMID 10016571. S2CID 2667115 .   
• جيولاسي، ميكلوس؛ فيتيف، إيفان؛ وانغ، شين-نيان؛ تشانغ، بن-وي (2004). "إخماد النفاثات وفقدان الطاقة الإشعاعية في المادة النووية الكثيفة". بلازما الكوارك-غلوون 3. ص 123-191 . arXiv : nucl-th/0302077 . doi : 10.1142/9789812795533_0003 . ISBN  978-981-238-077-7.
• JE Huth et al. , in EL Berger (ed.), Proceedings of Research Directions For The Decade: Snowmass 1990 , (World Scientific, Singapore, 1992), 134. (Preprint at Fermilab Library Server)
• ME Peskin, DV Schroeder, "مقدمة في نظرية الحقل الكمومي" (Westview, Boulder, CO, 1995) .
• سيوستراند، توربيورن؛ لونبلاد، ليف؛ ميرنا، ستيفن؛ سكاندز، بيتر (2003). “PYTHIA 6.3 الفيزياء والدليل”. أرخايف : hep-ph/0308153 .
• ستيرمان، جورج (2004). "QCD و Jets". arXiv : hep-ph/0412013 .

• مولد الحدث Pythia/Jetset مونتي كارلو
• برنامج تجميع طائرات فاست جيت