Syvä joustamaton sironta on leptonien ja hadronien sirontaprosessi, jossa lopullisten hadronien siirretty liikemäärä ja kokonaisenergia inertiakeskipistejärjestelmässä ( invariantti massa ) on paljon suurempi kuin hadronin ominaismassa (noin 1 GeV) [1] . Esimerkki syvästä joustamattomasta sironnasta on hadronien moninkertainen muodostuminen suurienergisten elektronien tai myonien törmäyksissä nukleonien kanssa [2] . Käytetään hadronien (erityisesti protonien ja neutronien ) sisäpuolen tutkimiseen) ja selventää vuorovaikutusten dynamiikkaa pienillä etäisyyksillä. Syvä joustamaton sironta suoritettiin ensimmäisen kerran 1960- ja 1970-luvuilla, ja se tarjosi ratkaisevia todisteita kvarkkien todellisuudesta , jota monet olivat siihen asti pitäneet vain matemaattisena temppuna.
Termissä "syvä joustamaton sironta" sana "sironta" viittaa leptonin (elektronin, myonin ja niin edelleen) taipumiseen. Sana " elastinen " tarkoittaa, että kohde imee osan leptonin energiasta ja sen seurauksena sen sisäinen tila muuttuu. Itse asiassa käytettävien leptonien erittäin korkeilla energioilla kohde "murtuu" ja sen tilalle ilmestyy monia uusia hiukkasia. Sana "syvä" tarkoittaa toisaalta, että kohteen absorboima energia on suuri sen massaan verrattuna, ja toisaalta, että leptonin de Broglien aallonpituus on pieni ja siksi kykenee koettelemaan. etäisyydet, jotka ovat pieniä verrattuna kohteena olevan hadronin kokoon ("syvällä" hadronin sisällä)[ määritä ] .
Leptonit eivät pysty vahvaan vuorovaikutukseen, vain sähköheikko . Siksi leptonin vaikutus kohteeseen rajoittuu virtuaalisten fotonien (ja/tai W- ja Z-bosonien ) vaihtoon. Sähkömagneettisen vuorovaikutusvakion häiriöteorian ensimmäisessä järjestyksessä prosessia voidaan pitää leptonin yhden virtuaalisen fotonin emissiona, joka syrjäyttää hadronista kvarkin (tämä näkyy yllä olevassa kaaviossa). Mutta vapaassa tilassa olevia kvarkkeja ei voi olla olemassa rajoittuneisuuden vuoksi , joten tapahtuu lisää hadronisaatiota , jonka seurauksena havaitut hiukkaset syntyvät.
Fysiikan standardimalli , erityisesti Murray Gell-Mannin 1960-luvulla tekemä työ, yhdisti onnistuneesti monet aiemmin erilaiset hiukkasfysiikan käsitteet yhdeksi suhteellisen yksinkertaiseksi kehykseksi. Siinä oli kolmen tyyppisiä perushiukkasia:
Ensimmäinen leptoni löydettiin vuonna 1897, kun D. D. Thomson osoitti, että sähkövirta on elektronien virtaa. Joitakin bosoneja on havaittu kohdistetuissa kokeissa, vaikka sähköheikkoa voimaa kantavat W + -, W−- ja Z0 - hiukkaset havaittiin luotettavasti vasta 1980-luvun alussa gluonien ohella DESYssä Hampurissa . Kvarkit olivat kuitenkin edelleen vaikeaselkoisia.
Ideoita kvarkkien havaitsemiseen muotoiltiin 1900-luvun alkuvuosien E. Rutherfordin uraauurtavien kokeiden ideoiden pohjalta. Hänen kulta-atomien alfahiukkasilla koettelemien kokeidensa perusteella Rutherford osoitti , että atomeilla on pieni, massiivinen, varautunut ydin keskellä. Suurin osa alfahiukkasista kulki ohuen ainekerroksen läpi vain vähän tai ei lainkaan taipumista, mutta osa taittui suurista kulmista tai pomppii takaisin. Tämä viittasi siihen, että atomeilla on monimutkainen sisäinen rakenne ja sisällä on paljon tyhjää tilaa.
Baryonien sisäisen rakenteen tutkimiseksi oli tarpeen käyttää pientä, läpäisevää ja helposti saatavilla olevaa hiukkasta. Elektronit sopivat tähän tehtävään ihanteellisesti, koska niitä on luonnossa runsaasti ja ne kiihtyvät helposti suuriin energioihin sähkövarauksensa ansiosta. Vuonna 1968 SLAC :ssa suoritettiin elektronisäteiden sironta atomiytimien protoneissa ja neutroneissa [3] [4] [5] . Myöhemmin kokeita myoneilla ja neutriinoilla tehtiin samoilla periaatteilla .
Törmäysten aikana osa liike-energiasta absorboitui ja ne olivat joustamattomia . Tämä on toisin kuin Rutherfordin sironta, joka on elastinen kineettisen energiahäviön puuttumisen vuoksi. Elektroni lähtee atomista ja sen liikerata ja nopeus voidaan havaita. Saatujen tulosten analyysi johti johtopäätökseen, että hadroneilla on todellakin sisäinen rakenne. Kokeet olivat tärkeitä, koska ne eivät ainoastaan vahvistaneet kvarkkien fyysistä todellisuutta, vaan osoittivat jälleen kerran, että standardimalli oli oikea tutkimuslinja hiukkasfyysikoille.