واپاشی کوارک ته چگونه است؟

شاخه ای شدن یا هادرونی شدن فرآیندی است که در آن ذراتی که شامل گلوئون یا کوارک هستند، ذرات جدیدی را از طریق برهمکنشهای قوی تولید میکنند. نتیجه این فرآیندها اغلب تولید آبشاری از ذرات یا همان جت هاست و نمی توان آن را از طریق محاسبات نظری پیش بینی دقیق کرد چرا که در حدودی از انرژی انجام میشود که فرضیه محاسبات اختلالی برقرار نیست. در نتیجه مدل های پدیده شناسی برای توضیح آن طراحی شده اند که پارامترهای آنها از طریق اندازه گیری دقیق در داده های واقعی معین میشود. مطالعه دقیق ذره هیگز و کوارک سر (top) و نیز هر اندازه گیری دیگری که به کوارک ته (bottom) مرتبط است، نیازمند آگاهی هرچه دقیق تر درباره جت های حاصل از کوارک ته است. مدل لوند-بولر بهترین مدل موجود برای توصیف هادرونی شدن است. پارامترهای این مدل، غیر از جرم کوارک و پارامتر r_q که تغییرات شکل جت را برحسب نوع کوارک توضیح میدهد، از جنس کوارک ها مستقل است. بهترین اندازه گیری موجود برای r_b (پارامتر تغییر شکل جت ناشی از کوارک ته) حاصل ترکیب نتایج آزمایش های LEP در سرن و SLD در اسلک در دهه نود میلادیست. این اندازه گیری ها در برخوردهای الکترون و پوزیترون انجام شده و دلیل قطعی وجود ندارد که در محیط برخوردهای پروتونی در LHC هم معتبر باشد.
از سوی دیگر کوارک سر بعنوان سنگین ترین ذره شناخته شده، مرکز توجه فیزیک پیشگان ذرات بنیادی در دهه های اخیر بوده است. به نظر می رسد کوارک سر بواسطه جرم زیاد می تواند اطلاعاتی درباره مدل های جدید فیزیک ذرات بدست دهد و به همین علت اندازه گیری دقیق آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. همچنین کوارک سر تقریبا همیشه به بوزون W و کوارک ته واپاشی میکند. با توجه به نرخ بالای تولید کوارک سر در LHC و امکان جداسازی رویدادهای مرتبط با آن از رویدادهای زمینه، تولید کوارک سر منبعی غنی و نسبتا خالص برای کوارک ته بشمار میرود.
اخیرا آزمایش سی.ام.اس با استفاده از رویدادهای کوارک سر کمیت مهم r_b را با شیوه ای نوآورانه اندازه گرفته است. مزون B از هادرونی شدن کوارک ته تولید میشود. کسری از تکانه جت که توسط این مزون حمل میشود به کمیت r_b حساس است. مزون B به مزونهایی همچون D0 و J/ψ وامی پاشد. این مزون ها خود به ترتیب به کائون و پایون، و یک جفت میوئون واپاشی می کنند. برای اندازه گیری، ابتدا با الگوریتم های پیشرفته جت های ناشی از کوارک ته شناسایی می شوند. سپس با تمرکز روی ذرات باردار حاصل از واپاشی D0 و J/ψ ،اندازه گیری مورد بحث فقط با اتکا بر اطلاعات آشکارساز مسیریاب صورت می گیرد. مسیریاب سیلیکونی، دقیقترین بخش آشکارساز CMS است و از خطاهای انرژی سنجی (calorimetery) متاثر نیست. همین امر سبب دقت بالای اندازه گیری حاضر می شود.
جهت تعیین r_b ، رویدادهای کوارک سر با مقادیر مختلفی از این کمیت شبیه سازی و با داده واقعی مقایسه می شوند. بهترین توافق داده با شبیه سازی در 0.048 -/+ 858.0 = r_b حاصل شده است. این مقدار نه تنها اندازه گیری های پیشین را تایید کرده، بلکه دقت آن ها را تا چهار برابر بهبود بخشیده است. صرف توافق این اندازه گیری با نتایج LEP و SLC نشان می دهد که این کمیت از محیط برخورد مستقل است. نیز بهبود چشمگیر دقت اندازه گیری، تاثیری بسیار مهم در دقت اندازه گیری های کوارک سر (نظیر جرم آن)، ذره هیگز و نیز پژوهش های فیزیک جدید در ارتباط با کوارک ته خواهد داشت.

تهیه کننده خبر: خانم دکتر عبیده جعفری

لینک خبر