In der Teilchenphysik ist ein Drei-Jet-Ereignis ein Ereignis in einem Teilchendetektor, bei dem nach einer Kollision die entstehenden Teilchen in drei Teilchenjets clustern. Ein Jet ist ein hochenergetisches Objekt, das aus vielen Teilchen besteht, die ungefähr in die gleiche Richtung fliegen. Sie lassen sich als drei Kegel mit der Spitze ausgehend vom Interaktions-Punkt darstellen. In einem Drei-Jet-Ereignis gehören alle Teilchen, die bei dem harten Streuprozess entstehen, zu einem dieser Kegel. Diese Ereignisse waren die ersten Hinweise auf die Existenz der Gluonen und wurden zuerst im TASSO Experiment am PETRA-Teilchenbeschleuniger des DESY beobachtet.
Jets entstehen, wenn Teilchen mit Farbladung in einem harten Streuprozess erzeugt werden und anschließend hadronisieren. Da Quarks nur als Teilchen-Antiteilchen-Paare gebildet werden können (Baryonenzahlerhaltung), sind neue Teilchen mit Farbladung nötig, um eine ungerade Anzahl an Jets zu erklären. Die Quantenchromodynamik sagt das Gluon als Kandidaten vorher.
Ein besonders interessantes Merkmal dieser Ereignisse ist, dass sie mit den Vorhersagen des Lund-String-Modells übereinstimmen. Das Modell besagt, dass sich im weiteren Verlauf nach dem harten Streuprozess ein Teilchenschauer entwickelt, indem sich zwischen den hochenergetischen Teilchen, am stärksten zwischen den Quarks und den Gluonen, Feldlinien von niederenergetischen Gluonen formen. Das Auflösen dieser Feldlinien führt zur Bildung von neuen Quark–Antiquark-Paaren, was wiederum in „streunenden“ Hadronen zwischen den Jets resultiert (in der gleichen Ebene). Da Quark-Gluon-Interaktionen stärker sind als die Quark-Quark-Interaktionen, entstehen diese Hadronen wesentlich seltener zwischen den Quark-Jets. Demzufolge sagt das Modell voraus, dass keine vereinzelten Hadronen zwischen zweien der Jets auftreten, wohl aber zwischen jedem von ihnen und dem dritten. Genau dies wird beobachtet.
Zur Überprüfung haben Physiker auch Ereignisse betrachtet, bei denen in einem ähnlichen Prozess ein statt eines Jets ein Photon erzeugt wird. In diesem Fall ist die Quark-Quark-Wechselwirkung die einzige starke Wechselwirkung: es bilden sich also Gluon-Feldlinien zwischen den beiden Quarks, und zwischen den entsprechenden Jets treten nun zusätzliche Hadronen auf. Dieser Unterschied zwischen Drei-Jet-Ereignissen und Zwei-Jet-Ereignissen mit einem hochenergetischen Photon, der darauf hindeutet, dass der dritte Jet hinsichtlich der starken Wechselwirkung besondere Eigenschaften aufweist, lässt sich nur dadurch erklären, dass es sich bei dem ursprünglichen Teilchen dieses Jets um ein Gluon handelt.
Die Argumentationskette ist im Folgenden illustriert. Die Zeichnungen sind keine Feynman-Diagramme; sie sind Momentaufnahmen und zeigen zwei räumliche Dimensionen.
Ellis-Karliner-Winkel Der Ellis-Karliner-Winkel ist ein kinematische Größe, die in Drei-Jet-Ereignissen gemessen werden kann. Er ist, da Winkel nicht lorentzinvariant sind, in im Ruhesystem des zweit- und dritthärtesten Jets definiert. Das heißt, man boosted das System so, dass die Summe der Dreierimpulse dieser beiden Jets null ergibt. Seien
mit der der Energie des -ten Jets in diesem System und der Schwerpunktsenergie . Dann ist der Ellis-Karliner-Winkel definiert als Der differentielle Wirkungsquerschnitt in Bezug auf den Ellis-Karliner-Winkel unterscheidet sich zwischen einem Spin-1-Teilchen und einem Spin-0-Teilchen. Messungen der Verteilung des Ellis-Karliner-Winkels am PETRA-Elektron-Positron-Collider des DESY haben ergeben, dass das Gluon ein Spin-1-Teilchen sein muss. Darauffolgende Experimente des LEP am CERN haben dieses Ergebnis bestätigt.
Literatur
Einzelnachweise
Kategorie:Quantenphysik