Dyb uelastisk spredning er en spredningsproces , der involverer leptoner og hadroner , hvor det overførte momentum og den samlede energi af de endelige hadroner i systemet med deres inerticenter ( invariant masse ) er meget større end den karakteristiske masse af en hadron (ca. 1) GeV) [1] . Et eksempel på dyb uelastisk spredning er den multiple produktion af hadroner i kollisioner af højenergielektroner eller myoner med nukleoner [ 2] . Det bruges til at sondere det indre af hadroner (især protoner og neutroner ) og belyse dynamikken i interaktioner på små afstande. Dyb uelastisk spredning blev først udført i 1960'erne og 1970'erne og gav afgørende beviser for kvarkernes virkelighed , som indtil da af mange var blevet betragtet som blot et matematisk trick.
I udtrykket "dyb uelastisk spredning" refererer ordet "spredning" til afbøjningen af en lepton (elektron, muon, og så videre). Ordet " uelastisk " betyder, at målet absorberer en del af leptonenergien, og som følge heraf ændres dets indre tilstand. Faktisk, ved meget høje energier af de anvendte leptoner, "brækker" målet, og mange nye partikler dukker op i stedet. Ordet "dyb" betyder på den ene side, at den energi, målet absorberer, er stor sammenlignet med dets masse, og på den anden side, at leptonens de Broglie-bølgelængde er lille og derfor er i stand til at sondere afstande, der er små sammenlignet med størrelsen af mål-hadronen ("dybt inde" i hadronen)[ angiv ] .
Leptoner er ikke i stand til den stærke interaktion, kun den elektrosvage . Derfor reduceres leptonets virkning på målet til udveksling af virtuelle fotoner (og/eller W- og Z-bosoner ). I den første rækkefølge af forstyrrelsesteori i den elektromagnetiske interaktionskonstant kan processen betragtes som udsendelsen af en enkelt virtuel foton fra leptonen, som slår en kvark ud fra hadronen (dette er vist i diagrammet ovenfor). Men kvarker i en fri tilstand kan ikke eksistere på grund af indespærring , så yderligere hadronisering sker , som et resultat af hvilket de observerede partikler fødes.
Fysikkens standardmodel , især Murray Gell-Manns arbejde i 1960'erne, forenede med succes mange tidligere forskellige begreber inden for partikelfysik i en relativt enkel ramme. Der var tre typer grundlæggende partikler i det:
Den første lepton blev opdaget i 1897, da D. D. Thomson viste, at elektrisk strøm er en strøm af elektroner. Nogle bosoner er blevet påvist i målrettede eksperimenter, selvom W + , W− og Z0 partiklerne, der bærer den elektrosvage kraft , ikke blev pålideligt detekteret før i begyndelsen af 1980'erne, sammen med gluoner, ved DESY i Hamborg . Quarks var dog stadig undvigende.
Ideer til påvisning af kvarker blev formuleret baseret på ideerne fra E. Rutherfords banebrydende eksperimenter i de tidlige år af det 20. århundrede. Baseret på hans eksperimenter med at sondere guldatomer med alfapartikler , beviste Rutherford, at atomer har en lille, massiv, ladet kerne i centrum. De fleste af alfapartiklerne passerede gennem det tynde lag af stof med ringe eller ingen afbøjning, men nogle blev afbøjet i store vinkler eller vendte tilbage. Dette antydede, at atomer har en kompleks indre struktur og indeholder en masse tomt rum indeni.
For at studere baryonernes indre struktur var det nødvendigt at bruge en lille, gennemtrængende og let tilgængelig partikel. Elektroner var ideelt egnede til denne rolle, da de er rigelige i naturen og let accelereres til høje energier på grund af deres elektriske ladning. I 1968 blev der ved SLAC udført spredning af elektronstråler på protoner og neutroner i atomkerner [3] [4] [5] . Senere blev eksperimenter med myoner og neutrinoer udført efter de samme principper .
Under kollisioner blev noget af den kinetiske energi absorberet, og de var uelastiske . Dette er i modsætning til Rutherford-spredning, som er elastisk på grund af fraværet af kinetisk energitab. Elektronen forlader atomet, og dets bane og hastighed kan detekteres. En analyse af de opnåede resultater førte til den konklusion, at hadroner faktisk har en intern struktur. Eksperimenterne var vigtige, fordi de ikke kun bekræftede kvarkers fysiske virkelighed, men beviste endnu en gang, at standardmodellen var den rigtige forskningslinje for partikelfysikere.