Podczas zderzeń hadronów powstają dżety

Podczas wysokoenergetycznych zderzeń między protonami, do jakich dochodzi w LHC, powstają bardzo energetyczne kwarki i gluony. Oddalając się od miejsca kolizji, cząstki te emitują dalsze gluony, które mogą rozszczepiać się na jeszcze więcej kwarków i gluonów. W efekcie powstają stosunkowo wąskie dżety cząstek.

Pomiary w LHC dzieli się często na części zawierające określoną liczbę dżetów energetycznych hadronów. Finansowany ze środków UE zespół naukowców badał efekty dzielenia dżetów na części, wpływającego na dokładność określania sprzężeń między cząsteczkami modelu standardowego z bozonami Higgsa. Jednym z najbardziej interesujących aspektów bozonów Higgsa w modelu standardowym jest to, że sprzężenia ze wszystkimi innymi cząstkami są stałe. Każde odchylenie od tego obrazu wskazuje na nowe, nieznane stany fizyczne.

W ramach projektu PRECISIONJETS4LHC (Precise predictions for Higgs and new physics signals with jets at the Large Hadron Collider) fizycy zastosowali resumację w celu udoskonalenia opisu dżetów na potrzeby poszukiwania bozonów Higgsa i nowej fizyki w oparciu o detektory LHC. Efektywna teoria oddziaływań współliniowych (SCET) stanowi skuteczne ramy do resumacji w wyższych rzędach.

Funkcje wiązek i dżetów w SCET opisują promieniowanie w stanie początkowym i końcowym. Fizycy wykazali, że można je łatwo obliczać w wyższym rzędzie (next-to-leading order). W kolejnym z wyższych rzędów (next-to-next-to-leading order) uczeni odtworzyli funkcję dżetu kwarków i obliczyli po raz pierwszy funkcję dzielonego dżetu kwarków.

Fizycy udoskonalili też opis podstruktury dżetów przy pomocy resumacji i faktoryzacji, zamiast polegać wyłącznie na symulacjach metodą Monte Carlo. Analizy objęły w szczególności nachylenie, ładunek i masę dżetów, a ich wyniki porównano z pomiarami detektorów LHC.

Powstawanie hadronowych dżetów w zderzeniach między protonami to jeden z najważniejszych procesów badanych w LHC. Prace te dostarczają ważnych podstaw dla modelu standardowego w zakresie wielu procesów nowej fizyki. Omawiany projekt umożliwi uwzględnienie w przyszłych badaniach zarówno dżetów wiązki, jak i centralnych, mających na celu poznanie stanów końcowych hadronów w LHC.