Giải toán trực tuyến W | A




Vẽ đồ thị trong Oxyz plot3D(f(x,y),x=..,y=..)
Vẽ đồ thị trong Oxy plot(f(x),x=..,y=..)
Đạo hàm derivative(f(x))
Tích phân Integrate(f(x))


Giải toán trực tuyến W|A

MW

Hiển thị các bài đăng có nhãn QED. Hiển thị tất cả bài đăng
Hiển thị các bài đăng có nhãn QED. Hiển thị tất cả bài đăng

Thứ Ba, 8 tháng 4, 2014

NHẬT KÝ LƯỢNG TỬ - CUỘC THÁM HIỂM THẾ GIỚI VẬT LÝ HẠT - Bài 13 . Một gợi ý về khối lượng từ hạt Higgs .

NHẬT KÝ LƯỢNG TỬ - CUỘC THÁM HIỂM THẾ GIỚI VẬT LÝ HẠT - Bài 13 . Một gợi ý về khối lượng từ hạt Higgs .






Lời nói đầu .


Vật lý hạt nhân là một nhánh quan trọng trong khoa học vật lý , nó chỉ ra những quan hệ tương tác giữa các hạt , phản hạt cùng những cấu thành khác trong thế giới hạt vi mô . Nhưng để hiểu được các ý nghĩa của chúng bằng việc sử dụng các công thức , ký hiệu toán học và các kiến thức vật lý cao cấp khác là cả một sự khó khăn với quảng đại quần chúng . Loạt bài sau đây gồm 20 đề tài được các tác giả là những nhà vật lý hạt hiện đang tham gia nghiên cứu về lĩnh vực này thể hiện qua những bài đăng rất thú vị . Xin trân trọng giới thiệu đến bạn đọc .




Trần hồng Cơ .
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 18/08/2013.


Đường dẫn :

Bài 1 . Sơ đồ Feynman .

Bài 2 . Nhiều sơ đồ FEYNMAN hơn nữa .

Bài 3 . QED + μ  giới thiệu về muon . 

Bài 4 . Boson Z và sự cộng hưởng .

Bài 5 . Các chàng ngự lâm Neutrinos .

Bài 6 . Tí hon boson W - làm rối tung mọi thứ .

Bài 7 . Các chú lính quarks - Một cuộc gặp gỡ thú vị .

Bài 8 . Thế giới của keo .

Bài 9 . QCD và sự giam hãm .

Bài 10 . Những hiểu biết được biết đến về Mô hình Chuẩn .

Bài 11 . Khi sơ đồ Feynman thất bại .

Bài 12 . Bài giới thiệu độc đáo về boson Higgs .

Bài 13 . Một gợi ý về khối lượng từ hạt Higgs .




Bài 13 . Một gợi ý về khối lượng từ hạt Higgs .



13.1  Thêm vài ghi chú cho boson Higgs .


Một vài tuần trước, chúng ta đã gặp các boson Higgs và thảo luận quy tắc Feynman của nó. Rất tiếc đã quên đưa lên hình ảnh sang trọng của chú bé Higgs từ The Particle Zoo  trong bài viết vừa qua , nhưng độc giả của US LHC sẽ biết rằng Burton có hình ảnh tốt nhất của [chú bé nhồi bông] Higgs (Có vẻ như là hạt Higgs đã thay đổi màu sắc khi nó xuất hiện trong vườn hạt The Particle Zoo đấy các bạn ) .
Đây là chú Higgs được nhồi bông một cách rất duyên dáng nhưng có vẻ hơi bí ẩn một chút .

Chúng ta đã biết rằng hạt Higgs là một loại hạt khác với  các hạt lực boson gauge thông thường  hoặc các hạt vật chất fermion : đó là một hạt vô hướng  - đối với những người muốn có tiếng là sành điệu -  thì có nghĩa là nó không mang spin nội tại cơ lượng tử . Nói theo cách thực hành cho các bài viết này , có nghĩa là chúng ta đã kết thúc việc vẽ hạt Higgs như là một đường nét đứt. Tuy nhiên, đối với hầu hết các phần đã trình bày các quy tắc Feynman mà chúng ta biết trong các bài trước là khá nhàm chán ...


Các bạn hãy nhớ lại bức tranh tổng thể về cách vẽ sơ đồ Feynman:

1. Hạt khác nhau được biểu diễn bởi các đường. Bây giờ chúng ta có ba loại: các fermion (đường liền với mũi tên), boson gauge (đường sóng ), và vô hướng (đường đứt nét).
2. Khi các hạt tương tác, các đường đó cắt nhau tại các nút . "Các quy luật" ở trên cho chúng ta biết những loại nút gì là được phép.
3. Nếu chúng ta muốn tìm hiểu xem một quá trình là khả dĩ, chúng ta phải quyết định liệu chúng ta có thể sử dụng các quy tắc để chuyển đổi các tập hợp hạt ban đầu thành tập hợp hạt cuối cùng hay không .
Nếu bạn đã làm theo bài viết trước đây của chúng ta về sơ đồ Feynman, thì bạn đã có thể bắt đầu cảm thấy nhàm chán quá trình này. Chúng ta có thể thấy cách thức các electron có thể biến thành muon, hoặc thậm chí các phương thức mà boson Higgs có thể được sản xuất tại LHC ;  nhưng bây giờ chúng ta đã đến được với boson Higgs -một trong những mục tiêu chính của LHC- nhưng sự hấp dẫn còn ở đâu ? Điều gì làm cho nó thành đặc biệt, và làm thế nào để chúng ta nhìn thấy nó theo các quy tắc Feynman ?
Sơ đồ Hạt và các tương tác trong Mô hình Chuẩn .
Nguồn : http://profmattstrassler.files.wordpress.com/2011/08/sm_interactions2.png


13.2 Chú bé Higgs RẤT LÀ ĐẶC BIỆT . 

Nó chỉ ra rằng hạt Higgs có một thủ thuật gì đó trong bản chất của nó mà các hạt khác trong Mô hình Chuẩn không có . Trong ngôn ngữ của sơ đồ Feynman, một dòng Higgs có thể chấm dứt như sau :

"X" có nghĩa là đường đứt nét chỉ kết thúc ; Và như thế là không còn có các hạt khác đi ra nữa . RẤT ĐẶC BIỆT thậm chí là lập dị nữa !  Chúng ta biết rằng các hạt thông thường không thể làm điều này ... chúng ta cũng không thấy có chuyện hạt vật chất biến mất vào chỗ không có gì , cũng không thấy hạt lực biến mất đi mà không bị hấp thụ bởi các hạt khác .
Chúng ta có thể phải suy nghĩ về những gì sẽ xảy ra khi vật chất và phản vật chất tiêu diệt lẫn nhau , nhưng ở đó chúng ta thường giải phóng năng lượng dưới dạng hạt lực (thường là photon ) .  Các quy tắc trên cho chúng ta biết một đường Higgs đơn lập - rất hạnh phúc làm việc riêng của mình là - có thể được đột nhiên bị cắt đứt . Nó không nên được coi là một trạng thái ban đầu hoặc hạt trạng thái cuối cùng . Một cách đơn thuần nó chỉ là một đường trung gian xảy ra để dừng lại mà thôi ?!

Bạn sẽ thấy rằng : Được thôi ! Chúng ta sẽ lại tiếp tục thảo luận về ý nghĩa vật lý của điều này trong những bài viết sắp tới. Thỉnh thoảng khi người ta cố gắng giải thích ý nghĩa vật lý họ có thể bị cuốn vào suy nghĩ của riêng mình. Thay vào đó , chúng ta hãy sử dụng sơ đồ Feynman như một cái nạng chống để xem hiệu quả của các quy tắc Feynman quái lạ này . Nhớ lại rằng trong bài trước chúng ta đã giới thiệu một sự tự - tương- tác- bốn- điểm- Higgs  ( " bốn điểm " có nghĩa là bốn dòng Higgs giao nhau ) như sau :
Nếu chúng ta chọn lấy một trong những đường đứt nét và chấm dứt nó , thì chúng ta sẽ kết thúc với một sự tự- tương- tác- ba- điểm- Higgs như thế này  :
Trong thực tế, vì đường có gạch chéo không tham gia bất cứ điều gì, chúng ta cũng có thể nói rằng có một quy tắc Feynman mới có dạng sau
Bây giờ  là một điều gì đó khá thú vị. Chúng ta có thể quên đi quy tắc "đường Higgs bị gạch chéo" và chỉ mặc nhiên công nhận một đỉnh ba điểm. Trong thực tế, đây thường  là cách người ta viết ra các quy tắc Feynman (và cũng là lý do tại sao phương pháp của chúng ta đã được "mang một phong cách riêng"); Tuy nhiên, đối với các mục đích đặc biệt của chúng ta , điều quan trọng phải nhấn mạnh rằng những gì mọi người thực sự hiểu là có được sự mặc định ngầm là "đường Higgs bị gạch chéo" . Tầm quan trọng này liên quan chặt chẽ đến những gì làm cho hạt Higgs trở nên rất đặc biệt.  Chúng ta có thể chơi trò chơi này một lần nữa và lại đánh chéo X cho 2 đường nét đứt và điều này sẽ dẫn chúng ta đến một sự tương tác hai điểm Higgs .
Một lần nữa, chúng ta cũng có thể chặt bỏ hai đường chấm dứt đó và nói rằng có một quy tắc  Feynman 'mới'  cho hai - điểm Higgs . Nhưng điều này thực sự chỉ là một đường , và chúng ta đã biết rằng có thể vẽ các đường như một phần của quy tắc Feynman . Trong thực tế, chúng ta biết rằng các đường thẳng chỉ có nghĩa là một hạt di chuyển từ nơi này đến nơi khác. Vì vậy, có vẻ như sự tương tác với hai đường gạch chéo này không cho chúng ta thêm bất cứ thông tin gì cả .

Ngoại trừ ra ... có nhiều vấn đề với nó, và đây là nơi mà chúng ta sẽ bắt đầu để có được một chút gợi ý của sự kỳ diệu kết hợp với hạt Higgs. Chúng ta hãy thử phát biểu điều sau đây ...  mà không cần sự thúc đẩy nhé các bạn  :

* Khẳng định  : các quy tắc Feynman trên là một đóng góp cho khối lượng hạt Higgs .
Tại thời điểm này , có lẽ bạn nên nói điều gì đó hoài nghi đại loại như , " Cái gììì ì ì  vậyyy y y? " Cho đến nay, chúng ta đã nói rằng các hạt có một khối lượng cụ thể.  Con số khối lượng nhiều không bao giờ thực sự là quan trọng , một số hạt nhẹ hơn so với những hạt khác , một số hạt có khối lượng bằng không .
 Khối lượng chỉ là một tính chất mà mỗi hạt dường như phải có .  Tuy nhiên , bây giờ ,chúng ta đã vừa thực hiện một tuyên bố khá sâu , khiến chúng ta đứng lên đỉnh của một tảng băng trôi khá lớn : chúng ta bây giờ có liên quan đến một quy tắc Feynman đặc biệt đối với khối lượng của hạt , mà chúng ta đã giả định trước đây chỉ là một con số nào đó , điều mà chúng ta đã phải chỉ định trong chính lý thuyết của chúng ta . Phức tạp quá phải không ?

Chúng ta sẽ phải chờ đợi các bài viết tiếp theo để thực sự đi vào lý do tại sao một mối quan hệ như vậy nên tồn tại và thực sự những gì chúng ta thậm chí muốn giải nghĩa là khối lượng , nhưng điều này nên ít nhất bắt đầu tin vào ý tưởng rằng các boson Higgs có thể cung cấp khối lượng cho các hạt  (*)
-*- nhân đây các bạn hãy thử tưởng tượng xem nếu không có trường Higgs thì  mọi chuyện sẽ xẩy ra như thế nào . Thảm họa nào sẽ đến cho những khái niệm , những định luật trong vật lý hạt ?

Sơ đồ mô tả hiện tượng không có trường Higgs
Nguồn : http://profmattstrassler.files.wordpress.com/2011/08/ifhiggswerezero2.png
Tại thời điểm này chúng ta vẫn cảm thấy rất bí ẩn và có phần không hài lòng , không sao ! Chúng ta rồi sẽ đạt được điều đó . Bây giờ, chúng ta rất muốn cảm thấy thoải mái với chuỗi ý tưởng  sau đây :

1. Boson Higgs có một quy tắc Feynman đặc biệt khi có một đường có thể chấm dứt .
2. Điều này có nghĩa chúng ta có thể thực hiện bất kỳ sự tương tác nào và loại bỏ một cách hiệu quả các đường Higgs bằng cách chấm dứt nó sau đỉnh ngay lập tức  .
3. Đặc biệt , điều này cũng có nghĩa là chúng ta tạo ra một đỉnh chỉ với hai đường Higgs .
4. Đỉnh với hai đường Higgs này  nên - vì những lý do bí ẩn hiện nay - được đồng nhất với khối lượng .



13.3  Việc trao khối lượng cho các hạt khác .

Bây giờ chúng ta xem  trò chơi này hoạt động như thế nào , chúng ta phải ngay lập tức quay trở lại với hai quy tắc Feynman đầu tiên đã viết trước đây :


Sơ đồ này mô tả sự tương tác của các hạt Higgs với fermion và boson gauge. Đây là những gì bạn nên suy nghĩ:

Ừm ... Tôi biết rằng đường boson Higgs có thể chấm dứt ; Tôi chỉ có thể đánh chéo các điểm đầu mút của một đường nét đứt - mô tả hạt Higg . Và tôi chỉ thấy rằng khi tôi làm điều này cho đỉnh  tự tương tác của hạt Higgs đủ thời gian, tôi kết thúc với một sự tương tác hai điểm mà người ta nói với tôi là một khối lượng vì một số lý do quái lạ gì đó .

Bây giờ thì những hai đỉnh đại diện cho sự tương tác hạt Higgs với hai hạt vật chất hoặc hai hạt lực. Không Liệu những sự chấm dứt đường Higgs cũng cung cấp khối lượng cho các hạt này không ?

Câu trả lời là !  Và chúng ta sẽ kết thúc với đỉnh như thế này:


Vì lý do thẩm mỹ ( và thực sự chỉ vì lý do thẩm mỹ ), chúng ta có thể thu nhỏ sơ đồ này như sau :
Thậm chí có thể thả dấu "X" nếu bạn muốn được nhiều thứ hơn so với phiên bản thuần túy  ... nhưng để cho rõ ràng , ta sẽ để nó ở đây để phân biệt điều này từ một đường bình thường.  Thực vậy , các sơ đồ đại diện cho sự đóng góp khối lượng cho các fermion và boson gauge . Một lần nữa ,  điều này có vẻ như một bí ẩn thực tế - sau này chúng ta sẽ  giải thích tại sao sự diễn giải này là chính xác . Còn bây giờ chúng ta sẽ cần phải đầu tiên hiểu được những gì thực sự là " khối lượng" ... và điều đó sẽ đòi hỏi một số quan tâm .

13.4  Cú va chạm với hạt Higgs .

Trong thực tế, thay vì nói rằng các hạt " bắt đầu " với khối lượng bất kỳ , người ta có thể phát biểu một cách hệ thống , toàn bộ chương trình sơ đồ Feynman của chúng ta về các hạt hoàn toàn không có khối lượng . Trong bức ảnh như vậy , các hạt giống như quark đỉnh hay boson Z trải qua rất nhiều sự  tương tác "khối lượng" hai-điểm đã nói trên , và do đó được quan sát có khối lượng lớn hơn. Theo kinh nghiệm , các hạt nặng đổ vào chung khoang và có rất nhiều những tương tác hai- điểm biểu diễn như dưới đây
Để so sánh, một hạt tựa như các electron sẽ ít có những tương tác này. Chuyển động của chúng (một lần nữa, theo kinh nghiệm) trông như sau :

Cũng nên nhớ rằng mỗi một trong các dấu X thực ra là một dòng Higgs bị chấm dứt. Sử dụng một số cách nói  -"theo kiểu vật lý " - rất ưa thích hiện nay - sẽ xuất hiện trong một bài sau, chúng ta nói rằng hạt Higgs có một "giá trị kỳ vọng chân không" và các hạt này va chạm với nó.  Những hình ảnh trên chỉ là "hoạt họa" của sơ đồ Feynman, nhưng các bạn có thể thấy điều này dường như để truyền đạt một cảm giác "quán tính" gì đó . Đúng vậy ! hạt lớn hơn (như quark đỉnh chẳng hạn) càng khó khăn hơn để đẩy ra xung quanh bởi vì chúng tiếp tục va chạm với hạt Higgs . Còn các hạt nhẹ , giống như điện tử, không tương tác quá nhiều với hạt Higgs và do đó có thể được đẩy đi một cách dễ dàng hơn.


[ Clip đồ họa mô tả thực nghiệm tìm kiếm hạt Higg ]

Cũng theo ý nghĩa này, chúng ta có thể nghĩ về tất cả các hạt như là không có khối lượng, nhưng tương tác của chúng với hạt Higgs tạo ra một sự tương tác hai- điểm là điều tạo ra khối lượng một cách hiệu quả . Hạt nào tương tác mạnh mẽ hơn với hạt Higgs có khối lượng nhiều hơn, trong khi các hạt tương tác yếu với hạt Higgs sẽ có ít khối lượng .

 Trong thực tế, một khi chúng ta giả định điều này, thì chúng ta cũng có thể thả tất cả các dấu X ngớ ngẩn trên những đường này - và thế là chúng ta đang rời xa các quy tắc Feynman thông thường (không có chấm dứt dòng Higgs) đã được trình bày trước đây .

(Một chú thích kỹ thuật nhỏ:. Hạt Higgs không thực sự chịu trách nhiệm cho tất cả các khối lượng . Ví dụ, các trạng thái ràng buộc có được khối lượng từ năng lượng liên kết của chúng .Chỉ cần nhìn vào khối lượng của proton và so sánh nó với khối lượng của các quark thành phần của nó là sẽ hiểu . Các proton.. có khối lượng khoảng 1 GeV, trong khi  quark lên / xuống chỉ một phần nghìn điều này. Hầu hết các khối lượng proton xuất phát từ năng lượng liên kết của QCD).

13.5  Một số phát biểu trước khi kết thúc .

Nói vui một chút , trước khi cho phép bạn suy nghĩ về những điều này nhiều hơn một chút , sẽ có một vài nhận xét cuối cùng để " kích thích sự ham muốn của bạn "  vào cuộc thảo luận tiếp theo của chúng ta .

- Photon , như chúng ta biết , không có khối lượng . Do đó chúng ta hy vọng rằng hạt Higgs không tương tác với các photon , hoặc nếu không chúng ta có thể " chấm dứt " các đường Higgs trong các đỉnh tương tác và tạo ra một khối lượng cho photon.

Illustration of the experiment
Hình dạng một photon đơn .
Nguồn : http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/aug/10/photon-shape-could-be-used-to-encode-quantum-information
- Mặt khác , hạt Higgs cung cấp khối lượng cho các boson W và Z  Điều này có nghĩa rằng phải cần hao phí năng lượng để sản xuất những hạt này  và do đó sự yếu chỉ thực sự có hiệu quả trên một khoảng cách ngắn mà thôi . So sánh điều này với các photon , không có khối lượng , và do đó có thể tạo ra một lực tầm xa. ( Gluon cũng không có khối lượng , nhưng chúng có một lực tầm ngắn do sự giam hãm của chúng . ) Do đó, hạt Higgs phải chịu trách nhiệm về "điểm yếu" của lực yếu .
Bảng tóm tắt các loại tương tác .
Nguồn : http://www.particleadventure.org/inter_summary.html










Theo FLIP TANEDO | USLHC | USA

+++++++++++++++++++++++++++



Nguồn :
1. http://www.quantumdiaries.org/2011/05/05/a-diagrammatic-hint-of-masses-from-the-higgs/
2. http://www.quantumdiaries.org/2011/03/25/an-idiosyncratic-introduction-to-the-higgs/
3. http://profmattstrassler.com/articles-and-posts/particle-physics-basics/the-known-apparently-elementary-particles/the-known-particles-if-the-higgs-field-were-zero/



Trần hồng Cơ .
Tham khảo - Trích lược .
Ngày --/--/2014.
 -------------------------------------------------------------------------------------------

 Khoa học là một điều tuyệt vời khi không phải dùng nó để kiếm sống. 

 Albert Einstein .

Thứ Năm, 27 tháng 3, 2014

NHẬT KÝ LƯỢNG TỬ - CUỘC THÁM HIỂM THẾ GIỚI VẬT LÝ HẠT - Bài 12 . Bài giới thiệu độc đáo về boson Higgs .

NHẬT KÝ LƯỢNG TỬ - CUỘC THÁM HIỂM THẾ GIỚI VẬT LÝ HẠT - Bài 12 . Bài giới thiệu độc đáo về boson Higgs   .






Lời nói đầu .


Vật lý hạt nhân là một nhánh quan trọng trong khoa học vật lý , nó chỉ ra những quan hệ tương tác giữa các hạt , phản hạt cùng những cấu thành khác trong thế giới hạt vi mô . Nhưng để hiểu được các ý nghĩa của chúng bằng việc sử dụng các công thức , ký hiệu toán học và các kiến thức vật lý cao cấp khác là cả một sự khó khăn với quảng đại quần chúng . Loạt bài sau đây gồm 20 đề tài được các tác giả là những nhà vật lý hạt hiện đang tham gia nghiên cứu về lĩnh vực này thể hiện qua những bài đăng rất thú vị . Xin trân trọng giới thiệu đến bạn đọc .




Trần hồng Cơ .
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 18/08/2013.


Đường dẫn :

Bài 1 . Sơ đồ Feynman .

Bài 2 . Nhiều sơ đồ FEYNMAN hơn nữa .

Bài 3 . QED + μ  giới thiệu về muon . 

Bài 4 . Boson Z và sự cộng hưởng .

Bài 5 . Các chàng ngự lâm Neutrinos .

Bài 6 . Tí hon boson W - làm rối tung mọi thứ .

Bài 7 . Các chú lính quarks - Một cuộc gặp gỡ thú vị .

Bài 8 . Thế giới của keo .

Bài 9 . QCD và sự giam hãm .

Bài 10 . Những hiểu biết được biết đến về Mô hình Chuẩn .

Bài 11 . Khi sơ đồ Feynman thất bại .

Bài 12 . Bài giới thiệu độc đáo về boson Higgs .



Bài 12 . Bài giới thiệu độc đáo về boson Higgs .



12.1  Một cách trình bày khác về hạt Higgs .

Đã có một số nỗ lực rất thông minh của các nhà khoa học nhằm giải thích hạt Higgs cho chúng ta bằng cách sử dụng phép tương đồng , một trong những mục khá thú vị là truyện tranh CERN dựa trên giải thích của David Miller như dưới đây :

Để hiểu được cơ chế Higgs, bạn hãy tưởng tượng rằng một căn phòng đầy các nhà vật lý đang trò chuyện lặng lẽ cũng giống như không gian tràn đầy trường Higgs ...


.. Bỗng một nhà khoa học nổi tiếng đi vào, tạo ra một sự xáo trộn khi ông di chuyển qua căn phòng và thu hút một nhóm người hâm mộ với mỗi bước đi ...


.. Điều này làm gia tăng sức đề kháng của ông để di chuyển , nói cách khác, ông cần có được khối lượng, giống như một hạt di chuyển qua các trường Higgs ...


... Nếu có một tin đồn đi vào phòng, ...


... Ngay lập tức nó tạo ra một nhóm cùng loại , nhưng lần này là trong số các nhà khoa học. Một cách tương tự như vậy , các nhóm đó chính là những hạt Higgs.
( nguồn : http://www.exploratorium.edu/origins/cern/ideas/cartoon.html )

Tuy vậy, việc giải thích khoa học -bằng- những sự tương đồng cũng là một sợi dây xiếc khá tinh tế để bạn có thể vượt qua đấy . Thay vào đó , chúng ta sẽ có cách tiếp cận khác và nhảy thẳng vào vật lý không chần chừ  . Chúng ta có thể làm điều này vì đã đặt ra mục tiêu từ đầu công việc : đó là sử dụng sơ đồ Feynman để mô tả tương tác hạt .
Trong những bài viết tiếp theo , chúng ta sẽ tiến hành như đã làm với các hạt khác của Mô hình Chuẩn và tìm hiểu làm thế nào để vẽ sơ đồ liên quan đến hạt Higgs . Chúng ta sẽ thấy những gì làm cho hạt Higgs thành đặc biệt từ quan điểm sơ đồ , và sau đó dần dần giải mã những ý tưởng sâu sắc hơn liên kết với nó .  Cách tiếp cận này có một phong cách riêng , nhưng thiết nghĩ rằng đó là gần gũi hơn so với cách nhà vật lí hạt thực sự nghĩ về một số ý tưởng lớn trong lĩnh vực này .
Trong bài đầu tiên này, chúng ta sẽ bắt đầu một cách rất ngây thơ. Chúng ta sẽ trình bày quy tắc Feynman đơn giản cho hạt Higgs và sau đó sử dụng chúng để thảo luận về cách mà chúng ta hy vọng để sản xuất ra hạt Higgs tại LHC . Trong bài viết tiếp theo chúng ta sẽ tinh chỉnh quy tắc Feynman để tìm hiểu thêm về bản chất của khối lượng và hiện tượng được gọi là sự phá tính đối xứng điện yếu .


12.2 Quy tắc Feynman (giản thể)

Trước hết, một đường nét đứt biểu hiện sự lan truyền của một boson Higgs như sau đây :
Bạn có thể đã đoán rằng có điều gì đó khác nhau xảy ra vì chúng ta đã không nhìn thấy loại đường như vậy trước đây. Ồ ! bạn sẽ nói rằng : Ban đầu, chúng ta đã vẽ các hạt vật chất ( fermion ) như đường liền với mũi tên và hạt lực ( boson gauge ) như dòng sóng (wiggly) cơ mà ? . Hạt Higgs thực ra chính là một boson , nhưng nó khác với các boson gauge mà chúng ta đã gặp : các photon , W , Z, và gluon . Để hiểu rõ sự khác biệt này , chúng ta hãy đi vào chiều sâu hơn một chút nhé :
- Boson gauge , cái trung hòa được các lực " cơ bản " , mang xung lượng góc , hay còn gọi là spin . Boson gauge thực hiện một đơn vị spin (1) , điều này có nghĩa là nếu bạn xoay một photon 360 độ, nó trở về cùng trạng thái cơ học lượng tử. ( Điều này cũng dễ hiểu thôi !)
- Fermion , hạt vật chất , cũng mang xung lượng góc . Tuy nhiên , không giống như các boson gauge , chúng mang theo chỉ có một nửa đơn vị spin  (1/2) , nghĩa là  : bạn phải xoay electron 720 độ để có được cùng trạng thái lượng tử .  ( Thật kỳ quặc !)
- Boson Higgs là một boson vô hướng , có nghĩa là nó không có spin. Bạn có thể xoay nó bằng bất kỳ góc nào và nó sẽ được trở về cùng một trạng thái cơ lượng tử . ( Quái dị thật ! )
Tất cả các hạt vô hướng đều là boson , nhưng chúng không trung hòa các lực  " cơ bản " theo cách của boson gauge  .
Khái niệm này của spin hoàn toàn theo nghĩa cơ học lượng tử , và đó là một định lý mà bất kỳ hạt với spin  toàn bộ (1) là một boson ( "hạt lực" ) và bất kỳ hạt có spin một nửa (1/2) là một fermion ( " hạt vật chất " ) . Tuy không nói đến nhiều về những loại 'lực' hạt nào mà hạt Higgs có thể trung hòa - nhưng nó chỉ ra rằng có nhiều điều thú vị lại sắp sửa diễn ra.

Bây giờ chúng ta hãy thử hỏi làm thế nào hạt Higgs tương tác với các hạt khác. Có hai quy tắc Feynman mà chúng ta có thể viết ra ngay lập tức :
Ở đây chúng ta thấy rằng hạt Higgs có thể tương tác với hoặc là một cặp fermion hoặc một cặp boson gauge. Điều này có nghĩa là , ví dụ, một hạt Higgs có thể phân rã thành một cặp điện tử / positron (hoặc, tương tự như , một cặp quark / phản- quark) .  Với lý do sẽ trở nên rõ ràng sau này , chúng ta hãy nói rằng hạt Higgs có thể tương tác với bất kỳ hạt Mô hình Chuẩn nào với khối lượng  . Như vậy nó không tương tác với các photon hoặc gluon, và vì lợi ích của luận cứ sau này , chúng ta có thể bỏ qua sự tương tác giữa nó với các neutrino.
Sự tương tác với các fermion là một cái gì đó mà chúng ta đang sử dụng để : nó trông giống như tất cả các fermion đỉnh khác mà chúng ta đã ghi lại trước kia : một fermion đi vào , một fermion đi ra, và một số loại boson. Điều này phản ánh việc bảo toàn số các fermion. Chúng ta sẽ thấy sau này vì hạt Higgs là một vô hướng , nên thực sự là có một cái gì đó đang lén lút xảy ra ở đây .
Cuối cùng, hạt Higgs cũng tương tác với chính nó thông qua sự tương tác bốn- Higgs : (Điều này cũng tương tự như đỉnh bốn-gluon của QCD ).

Thực ra , có rất nhiều sự tinh tế mà chúng ta đã không được lưu ý và cũng có thêm một vài quy tắc Feynman nữa , nhưng không sao : chúng ta sẽ nhận được những điều đó trong bài viết tiếp theo khi chúng ta sẽ thấy những gì xảy ra với hạt Higgs đạt được một "giá trị kỳ vọng chân không". Xin vui lòng, đừng có lời bình nào về cách tôi hoàn toàn bỏ qua chúng nhé các bạn ... chúng ta sẽ nhận được tất cả dần dần , thực thế đấy !

12.3  Sản xuất hạt Higgs .


Mô phỏng của việc sản xuất một boson Higgs trong các máy dò CMS.
nguồn : https://www.kit.edu/img/Forschen/Astroteilchen_04.jpg

Như vậy đến nay tất cả chúng ta đã làm được việc đặt nền móng để chuẩn bị cho một cuộc thảo luận về những điều gọn gàng đã làm cho hạt Higgs trở thành đặc biệt. Tuy nhiên , thậm chí trước khi đi vào những thứ đó , chúng ta có thể sử dụng những gì đã học được để nói về cách chúng ta hy vọng sản xuất ra hạt Higgs tại LHC . Đây là một bài tập vẽ sơ đồ Feynman . ( Xem lại các bài viết cũ sơ đồ Feynman  nếu cần thiết! )

Vấn đề tổng quát là : tại LHC , các nhà vật lý hạt đang đập các proton vào nhau . Mỗi proton là sự tạo thành của một bó các quark , antiquark , và gluon . Điều này rất quan trọng : các proton không chỉ là ba quark ! Như chúng ta đã đề cập trước , proton là đối tượng không nhiễu khủng khiếp nhất . Các quark ( phản quark ) ảo và các gluon đang được sản xuất và tái hấp thu ở khắp mọi nơi . Nó chỉ ra rằng các quá trình chính sản xuất boson Higgs từ va chạm proton xuất phát từ sự tương tác của các hạt ảo !

Một trong những " kênh sản xuất " chính tại LHC là sơ đồ phản ứng gluon hỗn hợp sau đây :
Đây là loại một sơ đồ khá buồn cười bởi vì có một vòng khép kín ở giữa. (Điều này làm cho nó có một hiệu ứng rất là lượng tử  !! ... và có phần phức tạp hơn khi thực sự cần tính toán ) .  Điều đang xảy ra là một gluon từ một proton và một gluon từ proton  khác tương tác nhau để tạo thành một hạt Higgs. Tuy nhiên, bởi vì các gluon không trực tiếp tương tác với các hạt Higgs, nên chúng phải thực hiện như vậy thông qua các hạt quark. Nó chỉ ra rằng quark đỉnh - là nặng nhất -có sự tương tác mạnh nhất với hạt Higgs, vì vậy các quark ảo ở đây là các đỉnh .

Một cách khác để thu được một hạt Higgs được liên kết sản xuất với một cặp đỉnh . Sơ đồ như sau:
Ở đây các gluon lại sản xuất một boson Higgs thông qua quark đỉnh . Tuy vậy , trong thời điểm này một quark đỉnh và một phản -quark đỉnh cũng được sản xuất cùng với các hạt Higgs. Bây giờ , cũng lạ thật , chúng ta có thể vẽ một sơ đồ tương tự mà không có các gluon:

Đây được gọi là vector hỗn hợp, bởi vì các boson W hoặc Z ảo tạo ra một hạt Higgs. Lưu ý rằng chúng ta cũng đồng thời có hai quark được sản xuất như vậy ... Cuối cùng ,vẫn có liên quan sản xuất hạt Higg với một W hoặc Z. Xem như bài tập về nhà, các bạn có thể điền nhãn cho các hạt giả định là boson gauge cuối cùng là W hoặc Z :
12.4   Xem quy trình sản xuất hạt Higgs bằng hình ảnh .

 Tiến sĩ vật lý Brian Cox giải thích sự nghiên cứu về vật lý hạt và việc tìm kiếm hạt Higgs boson chi tiết qua videoclip sau đây :



Atlas detector

Việc xây dựng các máy dò ATLAS tại LHC. ATLAS là một trong những máy dò liên quan đến việc săn lùng hạt Higgs. Credit: Martial Trezzini/epa/Corbis . Nguồn : http://www.pbs.org/wgbh/nova/blogs/physics/2012/06/the-higgs-boson-explained/


Công việc chính xác được thực hiện trên thùng theo dõi bán dẫn của trung tâm thực nghiệm ATLAS, ngày 11 tháng 11 năm 2005. Tất cả các công việc trên các thành phần tinh tế này phải được thực hiện trong một căn phòng sạch sẽ để các tạp chất trong không khí, như bụi, không gây ô nhiễm máy phát hiện . Bộ phận theo dõi bán dẫn sẽ được gắn trong thùng gần trung tâm thực nghiệm ATLAS để phát hiện đường đi của các hạt sản xuất trong va chạm proton-proton. (Maximilien Brice / © 2012 CERN) # . Nguồn http://www.theatlantic.com/infocus/2012/07/the-fantastic-machine-that-found-the-higgs-boson/100333/


Nhà vật lý Peter Higgs, người được đặt tên cho boson Higgs , thăm trung tâm thực nghiệm ATLAS vào tháng Tư năm 2008. Higgs là một trong những người  ban đầu  đề xuất  cơ chế dự đoán một boson như vậy trong năm 1964. (Claudia Marcelloni / © 2012 CERN) # . Nguồn http://www.theatlantic.com/infocus/2012/07/the-fantastic-machine-that-found-the-higgs-boson/100333/



Một sự kiện đề cử điển hình bao gồm hai photon năng lượng cao có năng lượng (mô tả bởi các đường màu vàng đứt khúc và các tháp màu đỏ) được đo bằng nhiệt lượng kế điện từ tại CMS. Các đường màu vàng là các dấu vết đo được từ các hạt khác được sản xuất trong vụ va chạm.

Giới hạn trên về khối lượng của boson Higgs SM với độ tin cậy 95%   (phía dưới đường màu đỏ). Phân tích được dựa trên 4,7 fb-1 dữ liệu proton-proton do CMS  thu thập trong năm 2010 và 2011. Các dải tô sọc hiển thị các vùng khối lượng trước đó bị loại trừ bởi LEP, các Fermilab Tevatron, và bây giờ bởi CMS. Đường nét đứt và các dải băng màu xanh lá cây và màu vàng cho thấy độ nhạy cảm trung bình dự kiến ​​CMS tương ứng với số lượng thực tế của dữ liệu phân tích.
Giới hạn trên của hạt Higgs SM ở độ tin cậy 95% cho 4,7 fb-1 dữ liệu proton-proton do CMS thu thập trong năm 2010 và 2011, cho thấy khu vực khối lượng thấp hơn.
Nguồn : http://cms.web.cern.ch/news/cms-search-standard-model-higgs-boson-lhc-data-2010-and-2011

12.5 Những gì đọc được từ các đồ thị ?

Có nhiều cách khác sản xuất hạt Higgs ra từ một vụ va chạm proton-proton, nhưng đó là những quá trình ưu thế chi phối . Trong khi chúng ta biết rất nhiều về các thuộc tính của một Mô hình Chuẩn Higgs, chúng ta vẫn không biết về khối lượng của nó. Có thể chỉ ra rằng tỷ lệ tương đối của các quá trình này phụ thuộc vào khối lượng Higgs, như có thể thấy trong các đồ thị dưới đây (trích báo cáo "Tevatron-for-LHC"):

nguồn http://www.quantumdiaries.org/wp-content/uploads/2011/03/Higgsprod.png

Trong đồ thị trên đây trục hoành biểu diễn khối lượng Higgs giả thuyết, trong khi trục tung đo mặt cắt ngang của việc sản xuất hạt Higgs theo các quy trình có nhãn hiệu khác nhau. Đối với các mục đích của chúng ta, mặt cắt ngang về cơ bản là tốc độ mà các quá trình này xảy ra. (Về mặt thực nghiệm, chúng ta biết rằng một  hạt Higgs theo Mô hình chuẩn cần phải có một khối lượng thuộc khoảng 115 GeV và 200 Gev.) Chúng ta có thể thấy rằng gg → h là cơ chế sản xuất chiếm ưu thế trong suốt phạm vi khối lượng khả dĩ  hạt Higgs  -nhưng điều này mới chỉ là một nửa của câu chuyện.



Chúng ta không thực sự đo lường trực tiếp hạt Higgs trong máy phát hiện bởi vì nó phân rã thành các hạt Mô hình Chuẩn nhẹ hơn. Tỷ lệ cụ thể mà nó phân rã đến các trạng thái cuối cùng khác (" tỷ lệ phân nhánh ") được vẽ ở trên, hình ảnh trích từ  CDF . [ Dành cho các chuyên gia , xem : http://www-cdf.fnal.gov/physics/exotic/r2a/20050623.lmetbj_wh_tc/#Figure1 ]
Điều này có nghĩa chúng ta phải nói với các máy dò tìm kiếm các sản phẩm phân rã của hạt Higgs để bổ sung các sản phẩm phi thường đi ra từ việc sản xuất hạt Higgs ở nơi đầu tiên. Ví dụ, trong liên kết sản xuất với một cặp đỉnh , chúng ta có gg → tth. Mỗi trong 2 đỉnh phân rã thành một quark đáy , một lepton , và một neutrino (bạn có thể vẽ sơ đồ cho thấy điều này không ?), trong khi hạt Higgs cũng phân rã - hãy nói rằng, thành một cặp quark đáy (b). (Đến bây giờ ta không phân biệt các hạt quark và phản quark.) Điều này có nghĩa rằng một kênh chúng ta phải tìm được là một sự phân rã khá cồng kềnh , như sau
               
 gg → tth →blν blν bb

Chuỗi ký tự này nói lên điều gì vậy ? Như một câu đố vui , các bạn có thể giải mã nó như sau :
{(g)gluon-(g)gluon}  →{ (t)top (t)top (h)higgs} →{(b)bottom (l)lepton (ν)neutrino  (b)bottom (l)lepton (ν)neutrino (b)bottom(b)bottom  } 

Đây không chỉ là rất nhiều rác khi tìm kiếm trong các trạng thái cuối cùng (mỗi quark (b) hadron hóa thành một vòi phun ), nhưng còn có tất cả các loại của các quá trình Mô hình chuẩn khác cho trạng thái cuối cùng như nhau !  Vì vậy, nếu chúng ta chỉ đếm một cách đơn giản số sự kiện "bốn vòi phun, hai lepton, và năng lượng thiếu (neutrino)" , chúng ta sẽ không chỉ đang đếm sự kiện sản xuất Higgs, mà còn là một loạt các sự kiện cơ bản khác mà không có gì để làm với các Higgs cả . Người ta phải dự đoán tỷ lệ của những sự kiện nền tảng và trừ chúng đi với số lần thử nghiệm. ( Ở đây không đề cập đến công tác đối phó với thực nghiệm không chắc chắn và các thử nghiệm sai số khả dĩ) .

Nút thắt ở chỗ : nó có thể rất khó khăn để tìm kiếm hạt Higgs và sự tìm kiếm này rất phụ thuộc vào khối lượng hạt Higgs. Đây là lý do tại sao chúng ta có thể phải chờ một vài năm trước khi LHC có đủ dữ liệu để nói điều gì đó dứt khoát về boson Higgs . ( Có vẻ đã hơi ngắn gọn ở đây, nhưng điểm chính của chúng ta là thêm hương vị cho việc tìm kiếm Higgs tại LHC chứ không phải giải thích nó một cách chi tiết các bạn nhé ! )

[ Ghi chú : Bài viết này của Flip Tanedo được xuất bản ngày thứ sáu 25 tháng 3 , 2011 . Hiện nay chúng ta cũng có một số thông tin nóng bỏng nhất về hạt Higg được cộng đồng các nhà vật lý hạt công bố . Xin hẹn bạn đọc vào một loạt bài viết chi tiết khác . Xem thêm : http://goo.gl/z7VnQ8   và  http://goo.gl/vJro6W ]


Như là một ví dụ cụ thể duy nhất, các bạn hãy xem xét các kênh sản xuất gluon phản ứng tổng hợp , gg → h . Điều này có vẻ tốt đẹp vì không có hạt bất thường trong quá trình sản xuất . Tuy nhiên, từ đồ thị trên, chúng ta có thể thấy rằng đối với khối lương tương đối nhẹ ( ít hơn 140 GeV ) hạt Higgs sẽ muốn phân hủy thành các hạt quark b . Điều này là không tốt theo cách thực nghiệm vì dấu hiệu này có nền tảng vô vọng lớn từ các sự kiện không có hạt Higgs.
Trong thực tế , chứ không phải thuần trực giác, mà một trong những cách tốt nhất sử dụng phản ứng tổng hợp gluon -nhằm tìm kiếm hạt Higgs có khối lượng nhẹ là để tìm những trường hợp mà nó phân hủy thành một cặp photon !
Mô hình máy dò hạt CMS 
 Ồ ! Điều này thực sự kỳ lạ vì Higgs không tương tác trực tiếp với các photon , vì vậy quá trình này phải xảy ra thông qua các hạt quark ảo ( biển quark ) , giống như các liên kết cặp Higgs -gluon nêu trên.
Như biểu đồ tỷ lệ phân nhánh trên cho thấy, đây là một quá trình rất hiếm : hạt Higgs không muốn phân hủy thành các photon rất thường xuyên . Tuy nhiên, quả là không có nhiều điều trong Mô hình Chuẩn có thể bắt chước tín hiệu " hai photon "  này để có nền tảng  rất ít như vậy . Bạn có thể thấy rằng điều này ngừng hoạt động nếu hạt Higgs là quá nặng vì tốc độ phân hủy thành photon co lại rất nhanh chóng .

12.6   Lời kết và nội dung sẽ có trong thời gian tiếp theo .

Trong bài tiếp theo chúng ta sẽ giới thiệu một loại quy tắc Feynman mới một cách đầy đủ đại diện cho  " giá trị kỳ vọng chân không " của hạt Higgs . Làm như vậy chúng ta sẽ sắp xếp ra những gì chúng ta thực sự muốn nói rằng một hạt có khối lượng và tiếp tục cuộc thám hiểm hướng tới chủ đề hấp dẫn về sự  phá vỡ  tính đối xứng điện yếu  ( " cơ chế Higgs " ) .

Cám ơn các bạn đã xem bài viết này .



Theo FLIP TANEDO | USLHC | USA

+++++++++++++++++++++++++++



Nguồn :
1. http://www.quantumdiaries.org/2011/03/25/an-idiosyncratic-introduction-to-the-higgs/
2. http://www.exploratorium.edu/origins/cern/ideas/cartoon.html
3. Teacher TV https://www.youtube.com/watch?v=DpkpNIu6tHI
4. http://www.pbs.org/wgbh/nova/blogs/physics/2012/06/the-higgs-boson-explained/
5.http://www.theatlantic.com/infocus/2012/07/the-fantastic-machine-that-found-the-higgs-boson/100333/
6. http://cms.web.cern.ch/news/cms-search-standard-model-higgs-boson-lhc-data-2010-and-2011
7. http://www-cdf.fnal.gov/physics/exotic/r2a/20050623.lmetbj_wh_tc/#Figure1
8. http://www.science20.com/a_quantum_diaries_survivor/the_plot_of_the_week_no_higgs_in_top_decays-132861
9. http://cosmiclog.nbcnews.com/_news/2012/07/03/12547980-the-higgs-boson-made-simple
10 .http://ihp-lx.ethz.ch/CompMethPP/lhc/introlhc.html



Trần hồng Cơ .
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 27/03/2014.
 -------------------------------------------------------------------------------------------

 Khoa học là một điều tuyệt vời khi không phải dùng nó để kiếm sống. 

 Albert Einstein .


Thứ Ba, 11 tháng 3, 2014

NHẬT KÝ LƯỢNG TỬ - CUỘC THÁM HIỂM THẾ GIỚI VẬT LÝ HẠT - Bài 11 . Khi sơ đồ Feymann thất bại .

NHẬT KÝ LƯỢNG TỬ - CUỘC THÁM HIỂM THẾ GIỚI VẬT LÝ HẠT - Bài 11 . Khi sơ đồ Feymann thất bại  .






Lời nói đầu .


Vật lý hạt nhân là một nhánh quan trọng trong khoa học vật lý , nó chỉ ra những quan hệ tương tác giữa các hạt , phản hạt cùng những cấu thành khác trong thế giới hạt vi mô . Nhưng để hiểu được các ý nghĩa của chúng bằng việc sử dụng các công thức , ký hiệu toán học và các kiến thức vật lý cao cấp khác là cả một sự khó khăn với quảng đại quần chúng . Loạt bài sau đây gồm 20 đề tài được các tác giả là những nhà vật lý hạt hiện đang tham gia nghiên cứu về lĩnh vực này thể hiện qua những bài đăng rất thú vị . Xin trân trọng giới thiệu đến bạn đọc .




Trần hồng Cơ .
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 18/08/2013.


Đường dẫn :

Bài 1 . Sơ đồ Feynman .

Bài 2 . Nhiều sơ đồ FEYNMAN hơn nữa .

Bài 3 . QED + μ  giới thiệu về muon . 

Bài 4 . Boson Z và sự cộng hưởng .

Bài 5 . Các chàng ngự lâm Neutrinos .

Bài 6 . Tí hon boson W - làm rối tung mọi thứ .

Bài 7 . Các chú lính quarks - Một cuộc gặp gỡ thú vị .

Bài 8 . Thế giới của keo .

Bài 9 . QCD và sự giam hãm .

Bài 10 . Những hiểu biết được biết đến về Mô hình Chuẩn .

Bài 11 . Khi sơ đồ Feynman thất bại .

Bài 12 . Bài giới thiệu độc đáo về boson Higgs .



Bài 11 . Khi sơ đồ Feynman thất bại .



Tóm tắt bài viết trước  .

Chúng ta đã đi khá xa với hàng loạt bài viết trước đây về việc học hỏi vật lý hạt thông qua sơ đồ Feynman. Trong bài 10 , chúng ta đã tóm tắt các quy tắc Feynman cho tất cả các hạt được biết đến của Mô hình Chuẩn. Bây giờ là lúc cần nói rõ thêm một chút về những thiếu sót của các tiếp cận của sơ đồ Feynman đối với tính toán; làm như vậy, chúng ta sẽ hiểu thêm một chút về những gì sơ đồ Feynman thực sự đại diện cũng như các loại hạt vật lý mà chúng ta phải làm việc với một máy như LHC.


11 .1  Khi một sơ đồ là không đủ .

Nhớ lại rằng các meson là những trạng thái bị ràng buộc của các quark và phản quark được giam giữ bởi các lực mạnh . Lực liên kết bắt buộc này thuộc loại không nhiễu, nói cách khác, ý nghĩa toán học đằng sau các biểu đồ Feynman của chúng ta không phải là công cụ thích hợp để phân tích nó. Chúng ta hãy đi vào chi tiết hơn về những gì mà điều này có nghĩa. Xem xét các sơ đồ Feynman đơn giản nhất ta có thể rút ra vài ý tưởng để mô tả sự tương tác gluon bị trung hòa giữa một quark và một phản quark như sau :

Dễ quá , đúng không các bạn ! một điều mà chúng ta vửa chú thích trong các cuộc bàn luận của chúng ta chính là điều mà có thể vẽ được nhiều sơ đồ phức tạp như vậy . Lấy ví dụ , dùng các quy tắc QCD Feynman chúng ta sẽ có thể vẽ được một sơ đồ rất xấu xí như dưới đây .

Đây là một đóng góp vật lý về sự tương tác giữa một quark và phản quark . Rõ ràng là chúng ta có thể vẽ được rất nhiều các sơ đồ bất kỳ thuộc loại này mỗi cái càng ngày càng phức tạp hơn cái trước . Điều này có nghĩa gì ?

Mỗi sơ đồ Feynman đại diện một thuật ngữ trong biểu thức toán học . Tổng các thành phần này cho ta một biên độ xác suất hoàn chỉnh cho quá trình vật lý này xảy ra . Sơ đồ thực sự phức tạp thường cho một đóng góp nhỏ hơn nhiều so với sơ đồ đơn giản .  Ví dụ, mỗi dòng photon nội bộ bổ sung sẽ cho một hệ số khoảng α = 1/ 137 đối với đóng góp của sơ đồ cho xác suất tổng thể.  Như vậy thường là tốt khi chỉ cần đi theo sơ đồ đơn giản và tính toán những sự kiện đó .  Sự đóng góp từ các biểu đồ phức tạp hơn , chính là sau đó có được những điều chỉnh rất nhỏ mà thực sự chỉ quan trọng để tính toán khi thí nghiệm đạt đến mức độ chính xác. .Đối với những người có một số nền tảng toán học , điều này nghe như rất quen thuộc : nó chỉ đơn giản là một sự mở rộng chuỗi Taylor  (Trong thực tế , cũng cần biết rằng hầu hết các hiện tượng vật lý là thực hiện việc mở rộng khai triển đúng của chuỗi Taylor ) .

Tuy nhiên , QCD lại rất cứng đầu và bất chấp sự xấp xỉ này . Nó chỉ ra rằng các biểu đồ đơn giản không cung cấp gì cho sự đóng góp chi phối cả ! Nó cũng chỉ ra rằng cả hai sơ đồ đơn giản và sơ đồ phức tạp trên đều cho những đóng góp gần như nhau . Như thế thì người ta phải bao gồm nhiều sơ đồ phức tạp để có được một tính toán gần đúng khá tốt hay sao ? .Và bởi từ " nhiều", có nghĩa là " gần như tất cả trong số đó " ... và "gần như tất cả " của một số lượng vô hạn của sơ đồ là rất nhiều. Vì nhiều lý do khác nhau , những sơ đồ phức tạp rất khó để tính toán và tại thời điểm các cách tiếp cận thông thường của chúng ta là vô ích. Có rất nhiều nghiên cứu hiện tại đi theo hướng này (ví dụ như cái gọi là kỹ thuật ba chiều và tiến bộ gần đây về biên độ tán xạ ) , nhưng bây giờ chúng ta hãy chuyển sang những gì chúng ta có thể làm được .

Mô hình kỹ thuật 3 chiều .

Mô hình sự tán xạ điện tử
11.2  QCD và mạng tinh thể .

Bạn đọc thân mến ! chúng ta cùng đọc một đoạn đối thoại khá thú vị sau đây :

` Chắc chắn , " tôi nói, ` chắc chắn đó là một cái gì đó ở cửa sổ lưới của tôi ;
Hãy cho tôi xem , những gì ở đó , và bí ẩn này sẽ được khám phá -
- Edgar Allen Poe , " The Raven "

Một công cụ khác mà chúng ta có thể sử dụng được gọi là lưới QCD ( sắc động lực lượng tử ) . Chúng ta không thể đi vào chi tiết về điều này vì nó khá xa khu vực chuyên môn , nhưng ý tưởng là thay cho việc sử dụng biểu đồ Feynman để tính toán quá trình theo cách nhiễu động perturbatively - nghĩa là chỉ dùng các sơ đồ đơn giản  - chúng ta có thể sử dụng máy tính để giải số cho một số lượng có liên quan . Số lượng liên quan này được gọi là chức năng phân vùng và là một đối tượng toán học mà từ đó một cách thẳng thắn có thể tính toán được biên độ xác suất.

Vấn đề là các kỹ thuật lưới không gây nhiễu trong ý nghĩa rằng chúng ta không tính toán sơ đồ cá thể , mà đồng thời tính toán tất cả các sơ đồ . Sự thỏa hiệp ở đây là người ta phải đặt không-thời gian trên lưới để các tính toán được thực sự thực hiện trên siêu khối lập phương bốn chiều .Độ chính xác của xấp xỉ này phụ thuộc vào kích thước lưới và khoảng cách tương đối so với vật lý mà bạn muốn nghiên cứu . ( Các kỹ sư sẽ được làm quen với ý tưởng này từ việc sử dụng các phép biến đổi Fourier ) .

Như thường lệ, một bức tranh nói lên nhiều điều và có giá trị hơn ngàn từ ngữ . Hãy giả sử rằng chúng ta muốn nghiên cứu tác phẩm Mona Lisa :


Hình ảnh đầu tiên là bản gốc . Hình ảnh thứ hai xuất phát từ việc đưa các hình ảnh trên một lưới , bạn thấy rằng chúng ta mất đi chi tiết về những hạt nhỏ . Bởi vì mọi thứ có bước sóng nhỏ mang năng lượng cao, chúng ta gọi đây là các lát cắt tia cực tím (UV) . Hình ảnh thứ ba trích ra từ một bức tranh sơn dầu kích thước nhỏ hơn để chúng ta không thể nhìn thấy những bức tranh lớn với toàn bộ hình ảnh . Bởi vì mọi thứ với bước sóng lớn mang năng lượng thấp, chúng ta sẽ gọi đây là lát cắt IR . Hình ảnh cuối cùng có nghĩa là sự truyền đạt những hạn chế bị áp đặt bởi sự kết hợp của các lát cắt tia cực tím và hồng ngoại , nói cách khác , những hạn chế từ việc sử dụng một lưới có kích thước hữu hạn và khoảng cách lưới hữu hạn.

Nếu điều bạn quan tâm chỉ là các tính năng mở rộng khuôn mặt của Mona Lisa ,thì sự miêu tả lưới ở trên không phải là quá tệ. Tất nhiên, nếu bạn là một nhà phê bình mỹ thuật, thì việc mất thông tin ở cả quy mô nhỏ và lớn là không thể tha thứ được. Hiện nay, kỹ thuật lưới có lát cắt UV khoảng 3 GeV và lát cắt IR khoảng 30 MeV , điều này khiến chúng rất hữu ích cho việc tính toán các thông tin về quá trình chuyển đổi giữa quark duyên (khối lượng = 1,2 GeV ) và các quark lạ (khối lượng = 100 MeV ) .

11.3  Việc dịch từ lý thuyết sang thực nghiệm ( và ngược lại ) .

Phù ! Vào thời sinh viên, chúng ta thường luôn bị bối rối khi các nhà lý thuyết vẽ những sơ đồ Feynman có vẻ đơn giản trên bảng phấn của họ , trong khi các nhà thực nghiệm lại có những phác họa chi tiết và đồ thị phức tạp để đại diện cho hiện tượng vật lý tương tự. Thật vậy, bạn có thể xác định xem một bài báo khoa học hay buổi nói chuyện đã được viết bởi một nhà lý luận hay thực nghiệm dựa vào việc nó bao gồm nhiều sơ đồ Feynman hoặc các biểu đồ. Điều này dường như được thay đổi một chút khi cộng đồng lý thuyết đã thực hiện một nỗ lực phối hợp trong thập kỷ qua để tìm hiểu về các biệt ngữ của LHC. Như Seth đã chỉ ra, đây là một quá trình liên tục.

Có một lý do cho điều này: đó là vì dữ liệu thực nghiệm rất khác nhau từ việc viết ra mô hình mới của các tương tác hạt .  Một khuyến nghị nhỏ cho bạn đọc : Bạn nên kiểm tra các mẫu sự kiện hiển thị  từ CMS và ATLAS trên blog Symmetry Breaking qua những cuộc thảo luận tuyệt vời và bạn cũng có thể truy cập những thông tin về nó trên tất cả các phương tiện .
Bạn có thể tưởng tượng các blogger đồng nghiệp như  Jim và Burton đã từng bỏ ra rất nhiều thời gian quan sát những sự kiện tương tự như thế nào ! Chúng ta ngờ rằng một phân tích thực tế tập trung nhiều hơn vào các dữ liệu được tích lũy qua nhiều sự kiện hơn là sự kiện cá biệt . Nếu chỉ đơn thuần là một nhà lý thuyết, mặt khác, chúng ta dường như bị bỏ lại với bảng đen của mình cùng với những dòng kết nối nguệch ngoạc với nhau.

Tán xạ cứng .

Trở lại lần nữa , một phần lý do tại sao chúng ta nói rằng ngôn ngữ khác nhau như vậy là không gây nhiễu . Người ta không thể đơn giản lấy sơ đồ  Feynman làm phương pháp tiếp cận và sử dụng nó khi có tất cả các cặp tạp chất liên kết mạnh bay xung quanh. Ví dụ, đây là một sơ đồ cho sự tán xạ electron-positron trong bài giảng của Dieter Zeppenfeld PiTP 2005 :



Dưới đây là toàn văn bài giảng của Dieter Zeppenfeld .



Phần màu đen , được dán nhãn " tán xạ cứng " , là những gì một nhà lý luận có thể rút ra . Tựa như một bài kiểm tra về sơ đồ Feynman xem bạn có thể "đọc" như sau  : sơ đồ này đại diện cho một electron và positron tự hủy thành một boson Z , sau đó phân rã thành một cặp quark đỉnh - phản quark đỉnh . Các đường nâu cũng cho thấy sự phân rã tiếp theo của mỗi quark đỉnh thành một quark (phản quark ) đáy và boson W.

Thật tuyệt vời, đó là điều chúng ta đã học được từ bài viết trước  . Câu hỏi lớn là : tất cả những thứ linh tinh khác là gì vậy ? Rằng , này các bạn , đó là kết quả của QCD . Bạn có thể thấy rằng các đường màu hồng là gluon được phát ra từ các hạt quark trạng thái cuối cùng . Các gluon có thể nảy mầm ra gluon khác hoặc cặp quark- phản quark . Sau đó tất cả các quark và gluon phải hadron hóa thành trạng thái hadron sắc trung tính , chủ yếu là meson .  Những điều này được thể hiện như các đốm màu xám. Các hadron có thể bị phân rã lần lượt thành các hadron khác , mô tả bởi các đốm màu vàng . Hầu hết tất cả những điều này xảy ra trước khi bất kỳ một trong các hạt đến được máy phát hiện . Không cần phải nói , có rất nhiều, rất nhiều sơ đồ tương tự mà tất cả phải được tính toán để đưa ra một dự đoán chính xác .

11.4  Vòi phun - rác Hadron .

Trong thực tế, đối với LHC nó thậm chí còn phức tạp hơn vì ngay cả các trạng thái ban đầu mang sắc và vì vậy chúng cũng phun ra các gluon ( gọi là " rác hadron " ) . Đây là một hình ảnh chỉ để hiển thị sự vô lý như thế nào về các quá trình xem xét hạt ở mức độ của hạt :

Hãy nhận xét rằng hai đốm màu xám đậm là các proton đến. Quả bóng lớn màu đỏ đại diện cho tất cả các gluon mà các proton phát ra. Lưu ý rằng "tương tác cứng " thực tế có nghĩa là "quá trình cốt lõi" là sự  tán xạ gluon-gluon . Đây là một mẩu nhỏ của một điểm tinh tế, nhưng ở mức năng lượng rất cao, các đối tượng thực tế tựa  như  điểm đó đang tương tác là các gluon, chứ không phải là các hạt quark tạo nên proton!  Tất cả các rác hadronic này kết thúc việc phun lên qua các máy dò của các thí nghiệm. Nếu nguồn gốc của một số rác hadronic đến từ một hạt mang sắc năng lượng cao (ví dụ như một quark đến từ sự phân rã của một hạt nặng mới ở quy mô TeV ), sau đó chúng được chuẩn trực thành một hình nón được chỉ theo cùng một hướng được gọi là một ống phun , (hình ảnh sau trích từ các bài giảng Gavin Salam tại Cargese năm 2010 ) .

Một số thuật ngữ: parton đề cập đến một trong hai hạt quark hoặc gluon , LO có nghĩa là "hàng đầu", NLO có nghĩa là "thứ tự tiếp theo hàng đầu." Các vòi sen parton là giai đoạn mà trong đó partons có thể phát xạ những partons năng lượng thấp hơn, sau đó bị giam giữ vào các hadron. Bây giờ chúng ta có thể bắt đầu xem làm thế nào để kết nối biểu đồ Feynman đơn giản của chúng ta với sự kiện tái cấu trúc trông khá gọn gàng tại LHC: (hình ảnh này trích từ các bài giảng Gavin Salam )
Tất cả mọi thứ ngoại trừ các đường màu đen là những ví dụ về những gì chúng ta thực sự có thể đọc tắt về sự hiển thị hiện tượng . Điều này được hiểu là một mặt cắt ngang của các điểm tương tác . Các đường màu xanh đến từ một phòng theo dõi , về cơ bản các lớp của các chip silicon phát hiện những thông tin của các hạt tích điện . Các thanh màu vàng và màu hồng được đọc từ nhiệt lượng kế , sẽ nói cho chúng ta biết có bao nhiêu năng lượng được gửi vào những phần vật chất dày đặc.
Lưu ý : Tính chất " lộn xộn " của sự kiện này trong thực nghiệm được chỉ ra : tất cả những hadron che khuất cái gọi là " tán xạ cứng" , đó là những gì chúng ta rút ra được với sơ đồ Feynman .
Vì vậy, đây là tình huống xảy ra : lý thuyết có thể tính toán " tán xạ cứng" hay "sự kiện cơ bản " ( các đường màu đen trong hai sơ đồ trên), nhưng tất cả những thứ thuộc QCD gây ra điều đó , xảy ra sau " tán xạ cứng " lại vượt quá kỹ thuật sơ đồ Feynman  của chúng ta , và có thể không tính được từ những nguyên tắc đầu tiên .
May mắn thay , hầu hết các hiệu ứng phi nhiễu động lại có thể được tính toán bằng cách sử dụng máy tính . Câu hỏi thực sự được đưa ra một sự kiện cơ bản ( một sơ đồ Feynman ) , bao nhiêu lần thì các hạt trạng thái cuối cùng sẽ biến thành một loạt các hadron cấu hình khác nhau .
Lúc này người ta sử dụng kỹ thuật Monte-Carlo trong đó thay vì tính toán xác suất của mỗi trạng thái hadronic cuối cùng , máy tính tạo ra ngẫu nhiên các trạng thái cuối cùng ấy theo một số phân phối xác suất được xác định trước . Nếu chúng ta chạy một mô phỏng như vậy nhiều lần , ta sẽ có thể kết thúc với một phân phối mô phỏng các sự kiện đó thỏa mãn sự phù hợp với các thí nghiệm tương đối tốt .

Người ta có thể tự hỏi tại sao kỹ thuật này có thể làm được việc ấy . Nó có vẻ như chúng ta đang bị lừa dối - Những phân bố xác suất " xác định trước " đến từ đâu? Những điều này không phải là những gì chúng ta muốn tính toán ở nơi đầu tiên hay sao ? Câu trả lời là : các phân bố xác suất này tự đến từ các thí nghiệm của mình. Đây không phải là sự gian lận hay lừa dối bởi vì các thí nghiệm phản ánh các dữ liệu về vật lý năng lượng thấp . Đây là lãnh vực được cho rằng chúng ta thực sự hiểu biết . Trong thực tế, tất cả mọi thứ trong hoạt động của rác hadronic đều là vật lý năng lượng thấp .  Điểm toàn bộ là các thông tin duy nhất còn thiếu là sự kiện cơ bản " tán xạ cứng " năng lượng cao  , nhưng may mắn thay đó là phần mà chúng ta có thể tính toán được ! Thực tế công trình này là kết quả đơn giản của việc " tách " cặp, hay ý tưởng cho rằng vật lý ở quy mô khác nhau không ảnh hưởng đến nhau  ( Trong trường hợp này các nhà vật lý thường nói rằng các phần hadronic của việc tính toán " nhân tử hóa "  ) .

11.5 Thay lời kết . 

Để tóm tắt lại : các nhà lý thuyết có thể tính toán sự  " tán xạ cứng " cho các mô hình hạt yêu thích của họ về vật lý mới . Đây không phải là toàn bộ câu chuyện , bởi vì nó không phản ánh những gì đang thực sự được quan sát tại một máy va chạm hadron . Nó không thể tính toán những gì xảy ra tiếp theo từ nguyên tắc đầu tiên , nhưng thật may mắn là không cần thiết , chúng ta chỉ có thể sử dụng phân bố xác suất nổi tiếng để mô phỏng nhiều sự kiện và dự đoán những gì các mô hình vật lý mới sẽ dự đoán trong một tập dữ liệu lớn từ một thí nghiệm thực tế .  Hiện chúng ta đang làm việc theo cách của chúng ta mệnh danh là kỷ nguyên LHC , các nhà lý thuyết và thực nghiệm thông minh đang làm việc với nhiều cách thức mới để đi theo con đường khác xung quanh và thu thập các chứng cứ thực nghiệm để cố gắng tái tạo các mô hình cơ bản .

Khi còn là những cô cậu bé con , chắc chúng ta vẫn còn nhớ rằng cần phải tìm hiểu hơn và hơn nữa để một dự luật trở thành quy luật . Những gì chúng ta đã đưa ra ở đây là làm thế nào một mô hình vật lý - một loạt các quy tắc Feynman - trở thành một tiên đoán trong một máy va chạm hadron ! Trên đường đi chúng ta đã hy vọng học được rất nhiều điều về sơ đồ Feynman  và cách thức chúng ta sẽ phải đối phó với các hiện tượng vật lý mà không thể được mô tả bởi chúng .


Theo FLIP TANEDO | USLHC | USA

+++++++++++++++++++++++++++

11.6  Bổ sung về vòi phun .

Theo wikipedia .

Vòi phun là một hình nón hẹp gồm các hadron và các hạt khác được sản sinh bởi sự hadron hóa của một quark gluon hoặc trong một thí nghiệm vật lý hạt hoặc thí nghiệm về ion nặng . Vì sự giam giữ sắc QCD  , các hạt mang sắc tích , chẳng hạn như quark , không thể tồn tại ở dạng tự do - vì thế chúng phân mảnh thành các hadron trước khi  có thể được trực tiếp phát hiện , và trở thành vòi phun hadron . Các vòi phun phải được đo bằng máy đo hạt và được nghiên cứu nhằm xác định các tính chất của các hạt quark ban đầu.

Trong vật lý ion nặng tương đối tính , vòi phun rất quan trọng vì nguồn gốc tán xạ cứng là một thăm dò tự nhiên về các vật chất QCD được tạo ra trong vụ va chạm , và cho biết các pha của nó .  Khi vật chất QCD trải qua một pha tắt biến thành  plasma quark gluon , sự hao tán năng lượng trong môi trường phát triển đáng kể , dập tắt các vòi phun ra một cách hiệu quả .
Ví dụ về kỹ thuật phân tích vòi phun là:
- Tái cấu trúc vòi phun  (ví dụ , thuật toán KT , thuật toán hình nón )
- Tương quan vòi phun .
- gắn thẻ hương vị (ví dụ , b -tagging ) .
Mô hình chuỗi Lund là một ví dụ về một mô hình phân mảnh vòi phun .
Hình ảnh sau đây mô tả cặp quark đỉnh và phản quark đỉnh phân rã thành vòi phun , có thể nhìn thấy như bộ sưu tập va chạm các hạt chuẩn trực , và những fermion khác trong máy dò CDF tại Tevatron.

Nguồn : http://en.wikipedia.org/wiki/File:CDF_Top_Event.jpg

a. Sản sinh vòi phun .

Vòi phun được sản xuất trong quá trình tán xạ cứng QCD , tạo ra các hạt quark hoặc gluon có xung lượng ngang mức độ cao , hay gọi chung là hạt cơ bản (partons) trong mô hình partonic .
Xác suất của việc tạo ra một tập hợp các vòi phun được mô tả bằng mặt cắt sản sinh vòi phun , đó là trung bình của các quark QCD nhiễu động, phản quark và các quá trình gluon , có trọng khối bởi các hàm phân phối hạt .
 Đối với quá trình sản sinh vòi phun thường gặp nhất , sự tán xạ hai hạt , mặt cắt ngang sản sinh vòi phun trong một vụ va chạm hadronic được cho bởi công thức


Trong đó các ký hiệu
Mặt cắt ngang cơ sở là ví dụ như được tính đến thứ tự hàng đầu của lý thuyết nhiễu động trong , phần 17.4 của Peskin & Schroeder (1995) . Một đánh giá về các sự tham số hóa khác nhau của hàm phân phối hạt và tính toán trong bối cảnh tác nhân biến cố Monte Carlo được thảo luận trong phần 7.4.1. của T. Sjöstrand et al. (2003),

b. Sự phân mảnh vòi phun .

Tính toán QCD nhiễu động có thể có những hạt cơ bản mang sắc tích trong trạng thái cuối cùng , nhưng chỉ có các hadron không sắc mà cuối cùng chúng sản sinh ra được quan sát thực nghiệm.
Vì vậy, để mô tả những gì được quan sát thấy trong một máy dò như là kết quả của một quá trình nhất định, tất cả các hạt cơ bản mang sắc đi ra đầu tiên phải trải qua sự tắm hạt và sau đó kết hợp các hạt cơ bản  được sinh ra để biến thành các hadron .  Các điều khoản phân mảnh và hadron hóa thường được sử dụng thay thế cho nhau trong các tài liệu mô tả về bức xạ mềm QCD , sự hình thành các hadron , hoặc cả hai quá trình với nhau.
Khi hạt cơ bản được sản xuất trong hiện tượng tán xạ cứng thoát khỏi sự tương tác , hằng số liên kết cặp mạnh sẽ gia tăng cùng với sự phân tách của nó . Điều này làm tăng khả năng cho bức xạ QCD . Như vậy, một hạt cơ bản sẽ bức xạ gluon , cái mà lần lượt sẽ sinh ra cặp quark- phản quark và cứ như vậy, với mỗi hạt cơ bản mới gần như thẳng hàng với các hạt nguồn của nó.
Điều này có thể được mô tả bởi sự cuộn lại của các spinors với hàm phân mảnh, một cách tương tự như sự phát triển của các hàm mật độ hạt cơ bản $P_{ji}\left ( \frac{x}{z} ,Q^{2}\right )$ . Điều này được mô tả bởi  phương trình  Dokshitzer - Gribov - Lipatov - Altarelli - Parisi ( DGLAP ) như dưới đây

Sự tắm hạt cơ bản sản sinh ra các hạt cơ bản có năng lượng liên tục thấp dần , và do đó cần phải thoát khỏi miền hiệu lực cho QCD nhiễu động . Mô hình hiện tượng đó phải được áp dụng để mô tả chiều dài của thời gian khi sự tắm hạt xảy ra, và sau đó là sự kết hợp của các hạt cơ bản mang sắc tích vào những trạng thái bị ràng buộc của các hadron không sắc , vốn không gây xáo trộn. Một ví dụ là mô hình dây Lund, được thực hiện trong nhiều tương tác thực nghiệm hiện đại.

11.7  Hàm phân phối hạt cơ bản .  

Dưới đây là thông tin trích từ bài viết của John Collins, Đại học Penn State về hàm phân phối hạt cơ bản .

Phân tích nhân tử hóa , và nhu cầu về mật độ hạt cơ bản .

Trung tâm của nhiều hiện tượng tán xạ năng lượng cao với thanh hadron hoặc các mục tiêu là các khái niệm về mật độ hạt cơ bản trong sắc động lực lượng tử (QCD). Điều này giải thích định nghĩa của mật độ hạt cơ bản (còn gọi là hàm phân phối hạt cơ bản ). Nó bao gồm việc sử dụng chỉ định tái chuẩn hóa  MS ¯ , trong đó cung cấp các chương trình thông dụng nhất cho các mật độ hạt cơ bản được đo .
Mật độ hạt cơ bản được sử dụng trong định lý nhân tử hóa , nơi một mặt cắt tán xạ cứng đặc biệt là một tích cuộn của một (hoặc hai ) mật độ hạt (hoặc số lượng tương tự) và tán xạ cứng nhiễu động có thể tính được . Tầm quan trọng của định lý nhân tử hóa là chúng ta có thể mở khóa được rất nhiều quyền lực tiên đoán của QCD .
Cho đến nay các phương pháp phát triển tốt nhất để dự đoán tán xạ mặt cắt ngang là lý thuyết nhiễu động liên kết yếu . Tuy nhiên , phản ứng tán xạ điển hình lại liên quan đến hiện tượng xẩy ra trên một loạt các khoảng cách lớn hoặc các mức xung lượng  . Trong trường hợp này , lý thuyết nhiễu sơ cấp là vô ích , bởi vì hệ số của nó có chứa logarit lớn về các tỷ lệ quy mô có liên quan cho một quá trình .
Trong các tính chất nhân tử hóa cho quá trình thích hợp, như tán xạ không đàn hồi sâu hoặc tán xạ hadron - hadron đạt tới vòi phun , mỗi thừa số liên quan đến hiện tượng trên khoảng một quy mô duy nhất. Nhóm tái chuẩn hóa có thể được sử dụng trong mỗi thừa số riêng biệt để cung cấp cho các QCD liên kết cặp phù hợp giá trị của nó đối với quy mô tiêu biểu của thừa số . Lúc này QCD tiệm cận tự do . Đó là , liên kết cặp hiệu quả của nó là yếu đối với các số lượng khoảng cách ngắn , là cái mà do đó có thể tính toán nhiễu đến một độ chính xác hữu ích .
Ngược lại, các thừa số khoảng cách xa đều không nhiễu , đây là mật độ hạt cơ bản và số lượng tương tự , trong đó quy mô có liên quan là các kích thước của một hadron ( khoảng 10-15 m ) . Mặc dù khả năng của chúng ta tiên đoán mật độ hạt từ QCD là rất hạn chế , nhưng chúng có tính phổ quát giữa các phản ứng khác nhau. Vì vậy, chúng có thể được đo từ một tập giới hạn các phản ứng tại một số tập hợp hạn chế các nguồn năng lượng , và sau đó được sử dụng vào định lý nhân tử hóa cho phản ứng tương tự ở mức năng lượng khác nhau và cho các phản ứng khác nhau. Đây thuộc về phần nhiều sức mạnh tiên đoán có sẵn của QCD .

Trong thực tế, mật độ phổ quát hạt cơ bản được sửa đổi trong QCD , vì mật độ hạt phụ thuộc vào quy mô xung lượng  mà chúng đang được sử dụng . Có một phương trình tên là Dokshitzer - Gribov - Lipatov - Altarelli - Parisi ( DGLAP ) , diễn tả cho sự phụ thuộc quy mô . Dự báo xa hơn tiếp tục phát sinh từ khả năng tính toán nhiễu của những hạt nhân của phương trình DGLAP nói trên .

a. Công thức nhân tử hóa . 

Định lý nhân tử hóa điển hình là đối với một hàm cấu trúc cho tán xạ phi đàn hồi sâu (DIS) của các lepton trên các hadron (l + Pl '+ X). Mặt cắt ngang DIS được viết theo các thành phần của các hàm cấu trúc vô hướng như F1 (x, Q), được quy ước bằng văn bản theo các thành phần biến động học tiêu chuẩn  xQ - xem phương trình tiến hóa QCD cho mật độ hạt .
Định lý nhân tử hóa cho F1 có dạng
Điều này cho phép một dạng nhân tử hóa cho F1 có hiệu lực đến khi các sửa chữa bị khử bởi một lũy thừa của Q khi Q là đủ lớn (p.s.c)  . Số lượng fj / H là mật độ của hạt cơ bản mang hương j trong  hạt mục tiêu H . Trong QCD chỉ số hạt cơ bản có thể có các giá trị g (đối với gluon ) , hoặc một trong những hương của quark hoặc phản-quark (u, u ¯ , d, d ¯ , .v.v..).  Đối số  ξ là xung lượng phân đoạn của hạt cơ bản liên quan đến mục tiêu, được định nghĩa dưới đây sử dụng tọa độ tiền-ánh sáng  . Đối số thứ hai μ là quy mô năng lượng mà tại đó mật độ hạt cơ bản  được định nghĩa , chúng ta sẽ xác định nó với quy mô tái chuẩn hóa được sử dụng trong tái chuẩn hóa MS ¯ . Cuối cùng  $\hat{F_{1j}}$ là  hàm hệ số khoảng cách ngắn. Các dự đoán được thực hiện bằng cách tính toán hàm hệ số trong lý thuyết nhiễu cấp thấp. Để thực hiện điều này có hiệu quả , μ nên được chọn là cấp của xung lượng quy mô lớn Q . Sau đó , sẽ không có các logarit lớn ( điều kiện là x là không gần 0 hoặc 1 ) , trong khi αs(Q) là nhỏ vì có sự tự do tiệm cận của QCD .
Một hàm hệ số như $\hat{F_{1j}}$  (x / ξ) có thể được định nghĩa như là một hàm cấu trúc cho DIS trên mục tiêu hạt cơ bản mang hương vị j và xung lượng ξP, trong đó P là xung lượng mục tiêu. Nhưng nó được định nghĩa với phần giảm bớt để chỉ liên quan đến phần khoảng cách ngắn DIS.
Tính dương của năng lượng của trạng thái cuối cùng kéo theo mật độ hạt cơ bản bằng không với ξ trên miền đơn vị , trong khi hàm hệ số bằng không với ξ < x. Do đó các giới hạn về tích phân ξ là x và 1. Tuy nhiên, mật độ hạt và hàm hệ số có thể là  các hàm được tổng quát với điểm kỳ dị tại các điểm đầu mút . Vì vậy, để làm cho các tích phân toán học chính xác , tích phân cần được mở rộng một chút vượt ra ngoài các điểm đầu mút động học.

b. Sự phụ thuộc quy mô .
Sự phụ thuộc quy mô của các mật độ Parton bị chi phối bởi phương trình DGLAP - viết dưới dạng khác - như sau :
với thừa số tổng thể 2 được sử dụng để các nhân P có sự chuẩn hóa theo quy ước được cho bởi Nhóm Dữ liệu hạt - xem Nakamura et al. (2010)   và   PDG structure-function review , các quy ước khác tồn tại. Trong  phương pháp tiếp cận MS ¯, phương trình DGLAP là phương trình  nhóm tái chuẩn hóa (RG)  cho mật độ hạt cơ bản . Hạt nhân P có thể thu được từ các hệ số tái chuẩn hóa UV của mật độ hạt cơ bản - xem phương trình (24) dưới đây.
 Tuy nhiên , cần lưu ý rằng nguồn gốc ban đầu  phương trình DGLAP sử dụng một giải thích hơi khác nhau  theo Altarelli và Parisi (1977) . Cấu trúc tổng thể của nhân tử hóa và ứng dụng của nó có thể được tóm tắt bằng cách viết phương trình nhân tử hóa và phương trình DGLAP theo một ký hiệu tích chập:
Ở đây hàm cấu trúc ở quy mô lớn Q được thể hiện theo các số hạng của mật độ hạt cơ bản tại một quy mô cố định Q0 . Đại số trên nhân P là theo nghĩa tích chập. Với điều kiện Q0 không quá nhỏ,  nhân của DGLAP cũng như hàm hệ số là  có thể tính toán được theo nhiễu . Do đó chúng có thể được dự đoán từ những nguyên lý đầu tiên trong QCD đến độ chính xác hữu ích.



Trần hồng Cơ .
Tham khảo - Trích lược .
Ngày 18/02/2014.


Nguồn :
1. http://www.quantumdiaries.org/2010/12/11/when-feynman-diagrams-fail/
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Jet_(particle_physics)
3. http://www.hep.wisc.edu/~sheaff/PASI2012/lectures/melnikov.pdf
4. http://www.scholarpedia.org/article/Parton_distribution_functions_(definition)



 ------------------------------------------------------------------------------------------- 


 Khoa học là một điều tuyệt vời khi không phải dùng nó để kiếm sống.

 Albert Einstein .

*******

Blog Toán Cơ trích đăng các thông tin khoa học tự nhiên của tác giả và nhiều nguồn tham khảo trên Internet .
Blog cũng là nơi chia sẻ các suy nghĩ , ý tưởng về nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau .


Chia xẻ

Bài viết được xem nhiều trong tuần

CÁC BÀI VIẾT MỚI VỀ CHỦ ĐỀ TOÁN HỌC

Danh sách Blog

Gặp Cơ tại Researchgate.net

Co Tran