Конфайнмент и адронизация

Одно из самых важных свойств сильного взаимодействия — конфайнмент. Конфайнмент — это пленение кварков внутри адронов. Проявляется это в том, что чем дальше кварк пытается отдалиться от соседних кварков, тем сильнее между ними притяжение.

Глюонные силы, связывающие кварки в протоне, не ослабевают при удалении одного кварка от другого. В результате при попытке «вырвать» кварк из протона глюонное поле порождает дополнительную кварк-антикварковую пару, и от протона уже отделяется не кварк, а пи-мезон. Пи-мезон уже может улететь сколь угодно далеко от протона, потому что силы между адронами ослабевают с расстоянием.

Можно это представить себе так. При попытке кварка отдалиться глюонное поле натягивается в виде струны и стремится его удержать. Если «убегающий» кварк имеет невысокую энергию, то эта струна возвращает его обратно в протон. Если же импульс кварка относительно протона большой, то струна лопается, и на месте разрыва возникает кварк-антикварковая пара. В результате кварку всё же удается «сбежать» из протона, но не в свободном виде, а в паре с антикварком, то есть в виде мезона. Энергия убегающего кварка частично тратится на рождение кварк-антикварковой пары.

В типичном протон-протонном столкновении при высокой энергии кварк, получив очень сильный удар, вылетает из протона с очень большим импульсом. Возникающая глюонная струна, как правило, рвется многократно, и в результате рождается множество адронов. Обычно это легчайшие мезоны — пионы, каоны и т. п. Такой процесс превращения набора партонов в набор адронов называется адронизацией.

Если попытаться разделить обычную кварк-антикварковую пару на две отдельные частицы, то между ними натягивается глюонная струна. Если струна становится слишком длинной, то она рвется, и в месте разрыва образуются новые кварк-антикварковые пары.

Как эксперименты, так и численное моделирование показывают, что, хотя рожденные адроны могут вылетать под самыми разными углами, они предпочитают группироваться около направления движения жестких партонов. В случае рассеяния партонов на большой угол такие адроны порождают адронные струи:

Физики пока не научились вычислять из первых принципов процесс адронизации. Поэтому связь между теорией (которая обычно работает со столкновениями партонов) и экспериментом (в котором детектируются конечные адроны) не столь непосредственна, как, например, в электрон-позитронных столкновениях. Адронизацию приходится моделировать, и соответствующие программы моделирования играют важную роль при детальной обработке экспериментальных данных.