<< Открытие t-кварка | Оглавление | Литература >>
Комментарии переводчика
Покажем, как получаются формулы (2) и (3) методами квантовой теории поля.
Везде далее будем предполагать, что имеет место следующий процесс:
фермион с 4-импульсом и антифермион с 4-импульсом
аннигилируют в фотон или глюон с 4-импульсом
,
из которого рождается пара фермион-антифермион с 4-импульсами
и
соответственно. Фермионы в начальном и конечном
состояниях считаются ультрарелятивистскими, то есть
. Обозначим
.
а) Рассмотрим реакцию
(рис. 2 (a)).
Примем, что
и
. Тогда, согласно
правилам Фейнмана, получаем для матричного элемента
![]() |
![]() |
![]() |
|
![]() |
![]() |
Усредняя квадрат модуля матричного элемента по спинам начальных фермионов и суммируя по спинам конечных, находим
![]() |
![]() |
![]() |
|
![]() |
![]() |
где
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img125.gif)
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img126.gif)
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img127.gif)
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img128.gif)
![]() |
|||
![]() |
где
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img131.gif)
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img132.gif)
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img133.gif)
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img134.gif)
Тогда
![]() |
Используя выражение для двухчастичного фазового объема в случае безмассовых частиц
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img139.gif)
![]() |
Интегрируя по
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img141.gif)
![]() |
которое совпадает с формулой (2).
б) Рассмотрим несколько более сложную реакцию
. Введем цветовые индексы кварков
и
. Очевидно, что
. Матричный
элемент реакции имеет вид
![]() |
где
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img147.gif)
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img148.gif)
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img149.gif)
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img150.gif)
![]() |
Для суммирования по спину и цвету кварков использовалась матрица плотности вида
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img152.gif)
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img143.gif)
![]() |
в) Теперь рассмотрим реакцию вида
,
где
-виртуальный глюон (рис. 2 (b)).
Пусть
, где
- набор из восьми матриц Гелл-Манна размерности
, а
- цветовой индекс глюонов.
Поясним, почему глюоны имеют восемь цветовых индексов. Каждый глюон несет
на себе два цветовых индекса: один - кварка, другой - антикварка.
Например, синий-антизеленый или красный-антикрасный. Как легко
видеть, всего таких комбинаций девять. Но комбинация "красный-антикрасный
синий-антисиний
зеленый-антизеленый" бесцветна и не участвует
в сильном взаимодействии. Таким образом, на девять комбинаций
кварковых индексов существует одно условие, что ведет к восьми
независимым комбинациям. Конечно, подобное рассуждение не является
строгим. Математически строго восемь глюонных цветовых индексов
получается, если использовать теорию групп (подробнее см., например,
книгу [10]) Для
-матриц верны следующие соотношения
(см. [10]):
и
при
. Примем, что
и что
.
Тогда для матричного элемента процесса можно записать
![]() |
![]() |
![]() |
|
![]() |
![]() |
Усредняя по спинам и цветам начальных кварков и суммируя по спинам и цветам конечных, получаем выражение
![]() |
![]() |
![]() |
|
![]() |
![]() |
поскольку
![]() |
Таким образом, для сечения процесса
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img154.gif)
![]() |
которая воспроизводит выражение (3).
Задача. Покажите, что сечение процесса
равно
![]() |
г) Кратко остановимся на реакции
. В отличии
от хорошо известной из КЭД реакции
, вычисление
сечения аннигиляции кварков в глюоны на порядок более сложно даже в
случае безмассовых кварков. Это связано с тем, что в КХД к двум
аннигиляционным диаграммам, известным из КЭД, добавляется третья
от трехглюонной вершины. Без вывода приведем окончательный ответ
для дифференциального сечения аннигиляции кварков в глюоны в СЦМ
сталкивающихся частиц в пределе нулевых масс кварков:
Расходимость при
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img180.gif)
Задача. Данных, приведенных в пунктах б)-г),
вполне достаточно, чтобы написать выражение для
. Подскажем, что при
написании формулы (6) проводились усреднения по
начальным поляризациям и цветам кварков и суммирования
по конечным поляризациям и цветам глюонов. В случае реакции
нужно просуммировать по начальным поляризациям
и цветам глюонов и усреднить по конечным поляризациям и
цветам кварков.
д) Наконец, скажем несколько слов о возможных каналах распадов
-кварка. Абсолютно доминирующим является канал
.
Ширина распада, в пренебрежении массами
-бозона и
-кварка,
дается формулой
где
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img185.gif)
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img186.gif)
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img187.gif)
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img188.gif)
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img189.gif)
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img190.gif)
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img191.gif)
![](http://images.astronet.ru/pubd/2002/09/17/0001179716/img5.gif)