Научный взгляд на устройство вселенной

310 АППАРАТУРА, 
ИЗМЕРЕНИЯ 
И ВЕРОЯТНОСТИ
и куча других частиц, тоже участвующих в сильном взаимодей-
ствии. Струи, вообще говоря, содержат не отдельные частицы, 
а россыпь частиц, связанных сильным взаимодействием и как бы 
«защищающих» исходную частицу (рис. 41). Даже если при пер-
воначальном событии ничего подобного не было, сильное взаи-
модействие породит из одного-единственного исходного кварка 
или глюона струю из множества новых кварков и глюонов.
Протонные коллайдеры порождают множество струй, посколь-
ку сами протоны состоят из частиц, связанных сильным взаимо-
действием. Такие частицы порождают россыпь из множества до-
полнительных частиц, связанных сильным взаимодействием и пу-
тешествующих рядом с ними. Иногда они также создают кварки 
и глюоны, которые разлетаются в разных направлениях и порож-
дают собственные независимые струи.
В книге «Закрученные пассажи» я привела цитату из «Песни 
ракет»* из мюзикла «Вестсайдская история». Мне кажется, она 
хорошо описывает и адронные струи:
Ты никогда не бываешь один,
Ты никогда не теряешь связи,
Ты дома везде, где рядом друзья:
Ты защищен надежно,
Когда ожидается встреча
.
Кварки, как и большинство членов уличных банд, по одному 
не ходят, они всегда находятся в дружественной, прочно связанной 
среде — среди своих.
Струи, как правило, оставляют видимые следы, поскольку не-
которые частицы в них заряжены. Достигнув калориметра, струя 
отдает свою энергию. При помощи тщательных эксперименталь-
ных исследований, а также аналитических и компьютерных расче-
тов экспериментаторы выясняют свойства адронов, положивших 
начало каждой конкретной струе. И все же из-за сильного взаимо-
действия и струй кварки и глюоны исследовать намного сложнее. 
В конце концов, вы не можете измерить кварк или глюон непо-
* По-английски слово jet означает и реактивный двигатель (ракету), и струю. — 
Прим. пер.

КАК РАСПОЗНАТЬ 
ЧАСТИЦЫ 311
средственно, вы меряете лишь струю, частью которой он являет-
ся. Именно поэтому большинство кварковых и глюонных струй 
не различимы между собой. Все они выделяют много энергии 
и оставляют множество треков (на рис. 42 можно увидеть схема-
тическое изображение того, как детекторы распознают ключевые 
частицы Стандартной модели).
Даже после измерения свойств адронной струи очень труд-
но, если не невозможно, сказать, который из различных кварков 
или глюонов ее инициировал. 
Красивый
кварк (b-кварк) — самый 
тяжелый кварк с тем же зарядом, что у 
нижнего
кварка (и тем же, 
РИС
. 41.
Струи представляют собой летящие группы частиц, связан-
ных сильным взаимодействием, возникающим вокруг кварков и глю-
онов. На рисунках показана их регистрация в трекерах и адронном 
калориметре. (Печатается с разрешения CERN’а.)

312 АППАРАТУРА, 
ИЗМЕРЕНИЯ 
И ВЕРОЯТНОСТИ
что у среднего по массе 
странного
) — исключение из правила. 
Причина в том, что красивый кварк живет достаточно долго и успева-
ет пролететь некоторое расстояние до распада. При этом расстояние 
невелико: распад происходит внутри трекера. Действительно: если 
частицы распадаются практически мгновенно после рождения, поэ-
тому создается впечатление, что продукты их распада начинают свои 
треки непосредственно в точке взаимодействия, где столкнулись 
протоны. Красивые кварки, в отличие от других, живут достаточно 
долго (примерно полторы пикосекунды; этого хватает, чтобы пройти 
со скоростью света, с которой они летают, примерно полмиллимет-
ра), чтобы начать трек на вполне различимом расстоянии от точки 
взаимодействия. Внутренние кремниевые детекторы регистрируют 
этот 
смещенный узел
траектории, как показано на рис. 43.
Когда экспериментаторы восстанавливают трек от распада кра-
сивого кварка, то в обратном направлении он не приходит в точку 
взаимодействия — центр события. Вместо этого создается впечатле-
ние, что трек начинается в той точке внутреннего трекера, где рас-
РИС
. 42.
Обобщенная картина того, как частицы Стандартной моде-
ли распознаются в детекторах. Нейтральные частицы не оставляют 
следа в трекерах. Как заряженные, так и нейтральные адроны могут 
оставлять некоторое количество энергии в ECAL, но большую часть 
энергии выделяют в HCAL. Мюоны пролетают насквозь до внешнего 
детектора
2. ECAL
3. HCAL
Мюон
1. Трекеры
4. Мюонный детектор
Нейтральный адрон 
(к примеру, нейтрон)
Фотон
Заряженный адрон 
(к примеру, протон 
или заряженный пион)
Точка взаимодействия
Трек заряженной частицы
Траектория нейтральной частицы
Трек заряженной частицы в низком разрешении 
Регистрация энергии
Ливень частиц
2. EC
Электрон

КАК РАСПОЗНАТЬ 
ЧАСТИЦЫ 313
пался красивый кварк; в этой точке наблюдается перегиб — пере-
ход от траектории прилетевшего туда красивого кварка и улетевших 
дальше продуктов распада*. Благодаря тончайшей сегментации 
кремниевых детекторов экспериментаторы имеют возможность рас-
сматривать область, прилегающую к пучку, очень подробно и в зна-
чительном числе случаев успешно распознавать красивые кварки.
Еще один тип кварка, выделяющийся среди прочих в экспери-
ментальном плане, — 
истинный
кварк (t-кварк); своей особостью 
он обязан большой массе. Истинный кварк — самый тяжелый из тех 
трех кварков, заряд которых равен заряду 
верхнего
кварка (третий 
кварк этой группы называется 
очарованным
). Истинный кварк при-
мерно в 40 раз тяжелее красивого — самого тяжелого кварка с за-
рядом другого знака — и более чем в 30 000 раз тяжелее верхнего 
кварка, обладающего таким же зарядом.
* Если исходный b-мезон нейтрален, вместо этого будет виден трек, исходя-
щий из точки распада, но не будет предыдущего трека от места его образования. — 
Прим. авт.
РИС
. 43.
Адроны, «сделанные» из красивых кварков, живут достаточ-
но долго, чтобы оставить видимый трек в детекторе, прежде чем рас-
сыпаться на другие заряженные частицы. При этом в кремниевом 
детекторе может образоваться перегиб трека, по которому, собствен-
но, и распознают красивые кварки. На рисунке показан распад ис-
тинных кварков
см
см
-0,6
-0,4
-0,2
0
-0,2
0
0,8
0,2
0,4
0,6
Струя

жүктеу/скачать 8,11 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: