Zdarzenie trójdżetowe

Zdarzenie trójdżetowe – w fizyce cząstek elementarnych jest zdarzeniem, w rezultacie którego powstają cząstki skupione w trzech dżetach (strugach).

Pojedynczy dżet zawiera cząstki poruszające się w zbliżonym kierunku. Można narysować trzy stożki wychodzące z miejsca zdarzenia, odpowiadające poszczególnym dżetom, w ten sposób, że każda z wynikowych cząstek będzie się znajdowała w którymś ze stożków. Zdarzenia te są obecnie najbardziej bezpośrednimi dowodami na istnienie gluonów. Zostały po raz pierwszy zaobserwowane w eksperymencie TASSO, przeprowadzonym w akceleratorze PETRA w laboratorium DESY^[1].

Ponieważ dżety powstają zwykle podczas hadronizacji kwarków, a kwarki powstają tylko w parach, potrzebna jest dodatkowa cząstka do wyjaśnienia nieparzystej liczby dżetów. Chromodynamika kwantowa twierdzi, że cząstką taką jest w szczególności energetyczny gluon, wypromieniowany przez jeden z kwarków.

Szczególnie frapującą właściwością zdarzeń trójdżetowych, zaobserwowanych w DESY i szczegółowo przeanalizowanych eksperymentalnie w zderzaczu LEP, jest ich spójność z modelem strunowym z Lund. Model ten zakłada, że „struny” niskoenergetycznych gluonów formują się najmocniej pomiędzy kwarkami a wysokoenergetycznymi gluonami oraz że przerwanie takiej struny w nową parę kwark-antykwark (część procesu hadronizacji) skutkuje powstawaniem „zbłąkanych” hadronów pomiędzy dżetami (w tej samej płaszczyźnie). Ponieważ oddziaływanie kwark-gluon jest silniejsze od oddziaływań kwark-kwark, hadrony takie powinno się obserwować najrzadziej pomiędzy dżetami dwóch kwarków. W rezultacie model przewiduje, że zbłąkane hadrony nie pojawią się pomiędzy tymi dwoma dżetami, ale pomiędzy każdym z nich i trzecim. Dokładnie takie zjawisko zaobserwowano.

W ramach testu fizycy rozważyli zdarzenie z fotonem powstającym w podobnym procesie. W tym przypadku oddziaływanie kwark-kwark jest jedynym oddziaływaniem silnym, więc „struny” tworzą się pomiędzy kwarkami a zbłąkane hadrony występują pomiędzy ich dżetami. Owa różnica między zdarzeniami trójdżetowym a dwudżetowym z energetycznym fotonem, z których wynikają unikalne właściwości z powodu oddziaływań silnych, może być wyjaśniona tylko przez istnienie nowej cząstki w tamtym dżecie, będącej gluonem.

Schemat rozumowania przedstawiony jest poniżej. Rysunki te nie są diagramami Feynmana, są dwuwymiarowymi „migawkami” zdarzenia.

• 
  Dwa kwarki (linie ciągłe) oraz gluon (linia kręcona) rozlatują się w różne strony, ze strunami (czerwone paski) pomiędzy gluonem a każdym z kwarków.
• 
  Jako rezultat tworzą się trzy dżety (stożki), z dodatkowymi hadronami (strzałki) tam, gdzie były struny.
• 
  Dla porównania fizycy patrzyli na zdarzenie z dwoma kwarkami i fotonem (linia falowana). Tutaj struny formują się tylko pomiędzy kwarkami.
• 
  A zatem dodatkowe hadrony powstają tylko pomiędzy dwoma dżetami, co jest zgodne z obserwacją.

Kąt Ellisa-Kalinera to kąt kinematyczny pomiędzy najbardziej energetycznymi dżetami w zdarzeniu trójdżetowym^[2]. Kąt ten nie jest mierzony w laboratoryjnym układzie odniesienia, lecz w układzie pchniętym wzdłuż energii najbardziej energetycznego dżetu, tak więc dwa pozostałe dżety pozostają z tyłu. Mierząc rozkład kąta Ellisa-Kalinera w elektronowo-pozytronowym pierścieniu PETRA w DESY, fizycy ustalili, że gluony mają spin raczej jednostkowy, niż zerowy czy dwójkowy^[3][4]. Dalsze eksperymenty w akceleratorze pierścieniowym LEP w CERN potwierdziły te wyniki^[5].

• Dżet (astronomia)

• A. Ali, G. Kramer. JETS and QCD: A historical review of the discovery of the quark and gluon jets and its impact on QCD. „European Physical Journal H”, 2011. DOI: 10.1140/epjh/e2011-10047-1. arXiv:1012.2288. Bibcode: 2011EPJH...36..245A. 
• P. Söding. On the discovery of the gluon. „European Physical Journal H”. 1. 35, s. 3–28, 2010. DOI: 10.1140/epjh/e2010-00002-5. Bibcode: 2010EPJH...35....3S. 
• W. Bartel et al. (JADE Collaboration). Observation of planar three-jet events in e⁺e⁻ annihilation and evidence for gluon bremsstrahlung. „Physics Letters B”. 91, s. 142, 1980. DOI: 10.1016/0370-2693(80)90680-2. Bibcode: 1980PhLB...91..142B. 
• W. Bartel et al. (JADE Collaboration). Experimental study of jets in electron-positron annihilation. „Physics Letters B”. 101, s. 129, 1981. DOI: 10.1016/0370-2693(81)90505-0. Bibcode: 1981PhLB..101..129B. 
• D.P.D.P. Barber D.P.D.P. i inni, Discovery of Three-Jet Events and a Test of Quantum Chromodynamics at PETRA, „Physical Review Letters”, 43, 1979, s. 830, DOI: 10.1103/PhysRevLett.43.830, Bibcode: 1979PhRvL..43..830B .
• B. Adeva et al. (MARK J Collaboration). Model-Independent Second-Order Determination of the Strong-Coupling Constant α_s. „Physical Review Letters”. 50, s. 2051, 1983. DOI: 10.1103/PhysRevLett.50.2051. Bibcode: 1983PhRvL..50.2051A. 
• C. Berger et al. (PLUTO Collaboration). Evidence for gluon bremsstrahlung in e⁺e⁻ annihilations at high energies. „Physics Letters B”. 86, s. 418, 1979. DOI: 10.1016/0370-2693(79)90869-4. Bibcode: 1979PhLB...86..418B. 
• C. Berger et al. (PLUTO Collaboration). A study of energy-energy correlations in e⁺e⁻ annihilations at √s = 34.6 GeV. „Zeitschrift für Physik C”. 28, s. 365, 1985. DOI: 10.1007/BF01413599. Bibcode: 1985ZPhyC..28..365B. 
• R. Brandelik et al. (TASSO Collaboration). Evidence for planar events in e⁺e⁻ annihilation at high energies. „Physics Letters B”. 86, s. 243, 1979. DOI: 10.1016/0370-2693(79)90830-X. Bibcode: 1979PhLB...86..243B. 
• R. Brandelik et al. (TASSO Collaboration). Evidence for a spin-1 gluon in three-jet events. „Physics Letters B”. 97, s. 453, 1980. DOI: 10.1016/0370-2693(80)90639-5. Bibcode: 1980PhLB...97..453B.