Un chorro es un cono estrecho de hadrones y otras partículas producido por la hadronización de quarks y gluones en un experimento de física de partículas o de iones pesados . Las partículas que llevan una carga de color, es decir, los quarks y los gluones, no pueden existir en forma libre debido al confinamiento de la cromodinámica cuántica (QCD) , que sólo permite estados incoloros. Cuando los protones chocan a altas energías, cada uno de sus componentes cargados de color se lleva parte de la carga de color. Para obedecer al confinamiento, estos fragmentos crean otros objetos coloreados a su alrededor para formar hadrones incoloros. El conjunto de estos objetos se llama chorro, ya que todos los fragmentos tienden a viajar en la misma dirección, formando un estrecho "chorro" de partículas. Los chorros se miden en detectores de partículas y se estudian para determinar las propiedades de los quarks originales.
Una definición de jet incluye un algoritmo de jet y un esquema de recombinación. [1] El primero define cómo algunas entradas, por ejemplo, partículas u objetos detectores, se agrupan en chorros, mientras que el segundo especifica cómo se asigna un impulso a un chorro. Por ejemplo, los jets pueden caracterizarse por el empuje . La dirección del chorro (eje del chorro) se puede definir como eje de empuje . En los experimentos de física de partículas, los chorros generalmente se construyen a partir de grupos de deposiciones de energía en el calorímetro del detector . Al estudiar procesos simulados, los chorros de calorímetro se pueden reconstruir basándose en una respuesta simulada del detector. Sin embargo, en muestras simuladas, los chorros también pueden reconstruirse directamente a partir de partículas estables que surgen de procesos de fragmentación. Los chorros a nivel de partículas a menudo se denominan chorros de verdad. Un buen algoritmo de chorro normalmente permite obtener conjuntos similares de chorros en diferentes niveles en la evolución del evento. Los algoritmos típicos de reconstrucción de chorros son, por ejemplo, el algoritmo anti- k T , el algoritmo k T y el algoritmo de cono. Un esquema de recombinación típico es el esquema E, o esquema de 4 vectores, en el que los 4 vectores de un chorro se definen como la suma de los 4 vectores de todos sus constituyentes.
En la física relativista de iones pesados, los chorros son importantes porque la fuerte dispersión que se origina es una sonda natural para la materia QCD creada en la colisión e indica su fase. Cuando la materia QCD sufre un cruce de fase en plasma de quarks y gluones , la pérdida de energía en el medio crece significativamente, apagando efectivamente (reduciendo la intensidad) el chorro saliente.
Ejemplos de técnicas de análisis de chorro son:
El modelo de cuerdas de Lund es un ejemplo de modelo de fragmentación de chorros.
Los chorros se producen en procesos de dispersión dura QCD, creando quarks o gluones de alto momento transversal, o llamados colectivamente partones en la imagen partónica.
La probabilidad de crear un determinado conjunto de chorros se describe mediante la sección transversal de producción del chorro, que es un promedio de los procesos QCD perturbativos elementales de quarks, antiquarks y gluones, ponderados por las funciones de distribución de partones . Para el proceso de producción de pares de chorros más frecuente, la dispersión de dos partículas, la sección transversal de producción de chorros en una colisión hadrónica viene dada por
con
Las secciones transversales elementales se calculan, por ejemplo, según el orden principal de la teoría de perturbaciones en Peskin y Schroeder (1995), sección 17.4. En T. Sjöstrand et al. se analiza una revisión de varias parametrizaciones de funciones de distribución de parton y el cálculo en el contexto de los generadores de eventos de Monte Carlo . (2003), sección 7.4.1.
Los cálculos perturbativos de QCD pueden tener partones coloreados en el estado final, pero solo se observan experimentalmente los hadrones incoloros que finalmente se producen. Por lo tanto, para describir lo que se observa en un detector como resultado de un proceso determinado, todas las partones coloreadas salientes deben someterse primero a una lluvia de partones y luego a una combinación de las partones producidas en hadrones. Los términos fragmentación y hadronización se utilizan a menudo indistintamente en la literatura para describir la radiación QCD suave, la formación de hadrones o ambos procesos juntos.
A medida que el partón que se produjo en una dispersión fuerte sale de la interacción, la constante de acoplamiento fuerte aumentará con su separación. Esto aumenta la probabilidad de radiación QCD, que tiene predominantemente un ángulo poco profundo con respecto a la pieza de origen. Así, un partón irradiará gluones, que a su vez irradiarán
q
q
pares y así sucesivamente, con cada nuevo partón casi colineal con su padre. Esto se puede describir convolucionando los espinores con funciones de fragmentación , de manera similar a la evolución de las funciones de densidad de partón. Esto se describe mediante una ecuación de tipo Dokshitzer - Gribov - Lipatov - Altarelli - Parisi ( DGLAP ).
La lluvia de partones produce partones de energía sucesivamente más baja y, por lo tanto, debe salir de la región de validez de la QCD perturbativa. Luego se deben aplicar modelos fenomenológicos para describir el período de tiempo en que se produce la lluvia y luego la combinación de partones coloreados en estados ligados de hadrones incoloros, que es inherentemente no perturbativo. Un ejemplo es el modelo de cadenas de Lund, que se implementa en muchos generadores de eventos modernos .
Un algoritmo de chorro es seguro para los infrarrojos si produce el mismo conjunto de chorros después de modificar un evento para agregar una radiación suave. De manera similar, un algoritmo de chorro es colineal seguro si el conjunto final de chorros no cambia después de introducir una división colineal de una de las entradas. Hay varias razones por las que un algoritmo de chorro debe cumplir estos dos requisitos. Experimentalmente, los chorros son útiles si transportan información sobre la partícula de semillas. Cuando se produce, se espera que la semilla de partón se someta a una lluvia de partón, que puede incluir una serie de divisiones casi colineales antes de que comience la hadronización. Además, el algoritmo del chorro debe ser robusto ante las fluctuaciones en la respuesta del detector. En teoría, si un algoritmo de chorro no es seguro en infrarrojos y colineal, no se puede garantizar que se pueda obtener una sección transversal finita en cualquier orden de la teoría de perturbaciones.
