Начальное и конечное состояние излучения - Initial and final state radiation

В физике элементарных частиц начальное и конечное состояние излучения относится к определенным видам радиационных выбросов, которые не связаны с^{[требуется разъяснение ]} аннигиляция частиц.^[1][2] Это важно для экспериментальных и теоретических исследований взаимодействий на коллайдерах частиц.

Объяснение начального и конечного состояний

Ускорители элементарных частиц и коллайдеры производят столкновения (взаимодействия) частиц (например, электрон или протон ). В терминологии квантовое состояние, сталкивающиеся частицы образуют Начальное состояние. При столкновении частицы могут аннигилировать или / или обмениваться, создавая, возможно, разные наборы частиц, Конечные состояния. Начальное и конечное состояния взаимодействия связаны через так называемую матрицу рассеяния (S-матрица ).

В амплитуда вероятности для перехода квантовой системы из начального состояния, имеющего вектор состояния ${ displaystyle | я rangle}$ к вектору конечного состояния ${ displaystyle | f rangle}$ дается рассеянием матричный элемент

${ Displaystyle S_ {fi} = langle f | S | я rangle ;,}$

куда ${ displaystyle S}$ это S-матрица.

Пример электрон-позитронной аннигиляции

Диаграмма Фейнмана аннигиляции электронов и позитронов.

В электрон-позитронная аннигиляция взаимодействие:

${ displaystyle e ^ {+} e ^ {-} to 2 gamma}$

имеет вклад диаграммы Фейнмана второго порядка, показанной рядом:

В исходном состоянии (внизу; раннее время) находится один электрон (e⁻) и один позитрон (e⁺) и в конечном состоянии (вверху; позднее время) есть два фотона (γ).

Возможны другие состояния. Например, в LEP,
е⁺
+
е⁻
→
е⁺
+
е⁻
, или же
е⁺
+
е⁻
→
μ⁺
+
μ⁻
процессы, в которых начальное состояние представляет собой столкновение электрона и позитрона с образованием электрона и позитрона или двух мюонов с противоположным зарядом: конечные состояния.

Феноменология

На этой диаграмме Фейнмана электрон и позитрон уничтожать, производя фотон (представлен синей синусоидой), которая становится кварк -антикварк пара, после которой одна частица излучает глюон (представлен зеленой спиралью).

В случае излучения в исходном состоянии одна из падающих частиц испускает излучение (например, фотон, wlog ) перед взаимодействием с другими, поэтому уменьшает энергию пучка до передачи импульса; в то время как для излучения в конечном состоянии рассеянные частицы испускают излучение, и, поскольку передача импульса уже произошла, результирующая энергия пучка уменьшается.

По аналогии с тормозное излучение, если излучение электромагнитное, его иногда называют лучевой, и аналогично может иметь глюонный (как показано на рисунке Фейнмана с глюоном), а также в случае КХД.

Вычислительные проблемы

В этих простых случаях нет программное обеспечение для автоматического расчета пакеты необходимы и поперечное сечение аналитическое выражение может быть легко получено хотя бы для самого низкого приближения: Борновское приближение также называется ведущим порядком или уровнем дерева (как Диаграммы Фейнмана есть только ствол и ветки, без петель). Взаимодействия при более высоких энергиях открывают широкий спектр возможных конечных состояний и, следовательно, увеличивают количество вычисляемых процессов.

Расчет амплитуды вероятности в теоретической физике элементарных частиц требует использования довольно больших и сложных интегралов по большому числу переменных. Однако эти интегралы имеют регулярную структуру и могут быть представлены графически в виде диаграмм Фейнмана. Диаграмма Фейнмана - это вклад определенного класса траекторий частиц, которые соединяются и разделяются, как описано на диаграмме. Точнее и технически диаграмма Фейнмана - это графическое представление пертурбативный вклад в амплитуда перехода или корреляционная функция квантово-механической или статистической теории поля. В рамках канонический формулировка квантовой теории поля, диаграмма Фейнмана представляет собой термин в Расширение Вика пертурбативного S-матрица. В качестве альтернативы формулировка интеграла по путям квантовой теории поля представляет амплитуду перехода как взвешенную сумму всех возможных историй системы от начального до конечного состояния в терминах частиц или полей. Затем амплитуда перехода задается как матричный элемент S-матрицы между начальным и конечным состояниями квантовой системы.

Рекомендации

внешняя ссылка

• Излучение в исходном и конечном состоянии при производстве Z, Переживший квантовые дневники.
• Луч-Луч Взаимодействие, Д. Шульте
• ISR и лучевое излучение