Drell-Yan-Prozess - Drell–Yan process
Der Drell-Yan-Prozess findet bei hochenergetischer Hadron- Hadron-Streuung statt. Es findet statt, wenn ein Quark eines Hadrons und ein Antiquark eines anderen Hadrons vernichten und ein virtuelles Photon oder Z-Boson erzeugen, das dann in ein Paar entgegengesetzt geladener Leptonen zerfällt . Wichtig ist, dass die Energie des kollidierenden Quark-Antiquark-Paares fast vollständig in die Masse neuer Partikel umgewandelt werden kann. Dieses Verfahren wurde zuerst von vorgeschlagen Sidney Drell und Tung-Mow Yan im Jahr 1970 die Produktion von beschreiben lepton - Antilepton Paaren in Hochenergie - Hadron - Kollisionen. Experimentell wurde dieser Prozess erstmals von JH Christenson et al. bei Proton-Uran-Kollisionen am Alternating Gradient Synchrotron .
Überblick
Der Drell-Yan-Prozess wird sowohl in Festziel- als auch in Kollider-Experimenten untersucht. Es liefert wertvolle Informationen über die Partonverteilungsfunktionen (PDFs), die beschreiben, wie der Impuls eines ankommenden hochenergetischen Nukleons auf seine Teilpartikel verteilt wird. Diese PDFs sind grundlegende Bestandteile für die Berechnung im Wesentlichen aller Prozesse bei Hadron Collidern. Obwohl PDFs grundsätzlich ableitbar sein sollten, verhindert dies die derzeitige Unkenntnis einiger Aspekte der starken Kraft . Stattdessen werden die Formen der PDFs aus experimentellen Daten abgeleitet.
Drell-Yan-Prozess und tiefe unelastische Streuung
PDFs werden anhand der Weltdaten aus der tiefen unelastischen Streuung , dem Drell-Yan-Prozess usw. bestimmt. Der Drell-Yan-Prozess ist eng mit der tiefen unelastischen Streuung verbunden. Das Feynman-Diagramm des Drell-Yan-Prozesses wird erhalten, wenn das Feynman-Diagramm der tiefen unelastischen Streuung um 90 ° gedreht wird. Ein zeitähnliches virtuelles Photon oder Z-Boson wird im Drell-Yan-Prozess im s- Kanal erzeugt, während ein raumähnliches virtuelles Photon oder Z-Boson im t- Kanal in der tiefen unelastischen Streuung erzeugt wird.
Empfindlichkeit gegenüber leichter Asymmetrie des Meeresquarkgeschmacks im Proton
Es wurde naiv angenommen, dass das Quarkmeer im Proton durch Quantenchromodynamik (QCD) -Prozesse gebildet wurde, die nicht zwischen Aufwärts- und Abwärtsquarks unterschieden. Die Ergebnisse der tiefen unelastischen Streuung von hochenergetischen Myonen an einem Protonen- und einem Deuteron-Target durch CERN-NMC zeigten jedoch, dass das Proton mehr d 's als u ' s enthält. Die durch NMC gemessene Gottfried-Summe betrug 0,235 ± 0,026, was signifikant kleiner als der erwartete Wert von 1/3 ist. Dies bedeutet, dass d ( x ) - u ( x ), das über Bjorken x von 0 bis 1,0 integriert ist, 0,147 ± 0,039 beträgt, was auf eine Geschmacksasymmetrie im Protonenmeer hinweist. Jüngste Messungen mit Drell-Yan-Streuung untersuchten die Geschmacksasymmetrie des Protons. Zur führenden Ordnung in der starken Wechselwirkungskopplungskonstante α s ist das Verhältnis des Drell-Yan-Querschnitts von einem Protonenstrahl auf einem Deuteriumziel zu einem Protonenstrahl auf einem Protonentarget gegeben durch
![\ frac {\ sigma ^ {pd}} {2 \ sigma ^ {pp}} = \ frac {1} {2} \ left [1+ \ frac {\ bar {d} (x)} {\ bar {u } (x)} \ right]](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/73169843da0a23272891ccd3facfcc299c4a9e21)
wo und sind die Anti-Down- und Anti-Up- Quarkverteilungen im Protonenmeer und ist die Bjorken- Skalierungsvariable (der Impulsanteil des Zielquarks im Parton-Modell ).
Z-Boson-Produktion
Die Herstellung von Z-Bosonen nach dem Drell-Yan-Verfahren bietet die Möglichkeit, die Kopplungen des Z-Bosons an Quarks zu untersuchen . Der Haupt beobachtbar ist der Vorwärts-Rückwärts - Asymmetrie in der Winkelverteilung der beiden Leptonen in ihrer Mitte-of-Massenrahmens .
Wenn schwerere neutrale Bosonen existieren (siehe Z'-Boson ), können sie als Peak im invarianten Massenspektrum von Dilepton entdeckt werden, ähnlich wie das Standard-Z-Boson aufgrund des Drell-Yan-Prozesses erscheint.
Drell-Yan-Prozess und das zugrunde liegende Ereignis
Obwohl hochenergetische QCD-Prozesse über die Störungstheorie zugänglich sind, werden energiearme Effekte wie die Hadronisierung nur aus phänomenologischer Sicht verstanden. Da Z-Bosonen keine Farbladungen transportieren können, können die Eigenschaften des zugrunde liegenden Ereignisses bei der Auswahl von Drell-Yan- Ereignissen effektiv untersucht werden , bei denen die Z-Kandidaten und ihre Zerfallsprodukte ignoriert werden. Was übrig bleibt, ist das reine zugrunde liegende Ereignis, das für die Physik des harten Drell-Yan-Prozesses unempfindlich ist. Andere Prozesse können unter Fehlidentifizierungsproblemen leiden, da sie im harten Prozess auch hadronische Jets erzeugen können.
