費曼圖與散射
s、t、u 道過程(s-, t-, and u-channel processes)
兩個粒子進來,兩個出去——但能讓這件事發生的劇情不止一種,物理學家給主要的幾種劇情起了簡短的名字:s道、t道和u道。可以把它們想成同一批角色的三種不同情節。在一種情節裡,兩個入射粒子先融合在一起;在另一種裡,它們彼此擦肩而過,並在中間交換某樣東西;在第三種裡,它們做著介於兩者之間的事。字母s、t、u只是這些不同「接線方式」的標籤。
具體來說,在s道過程中,兩個入射粒子湮滅或併合成單個中間粒子,這個中間粒子再分裂成那對出射粒子——就像兩股水流相遇、短暫合為一股、再分開。在t道過程中,入射粒子保持各自獨立,彼此之間交換一個粒子,從而互相偏折——就像兩艘船交會時拋過一條繩。u道與t道類似,只是把兩個出射粒子對調了一下,這在那兩個出射粒子完全相同時才有分別。這些名字來自曼德爾斯塔姆變量s、t、u,它們是由粒子的能量和動量構成的記帳量,用來標記每一道。
為什麼要費心區分它們?因為s道正是共振棲身之處:當入射粒子的合併能量與某個中間粒子的質量相符時,s道的貢獻會飆升成一個布雷特-維格納峰,這正是對撞機中發現新粒子的方式。相比之下,t道和u道主導的是溫和的偏折,給出平滑下降的截面。對任一給定過程,幾個道可以同時貢獻,而由於振幅是先相加再平方的,它們之間可以發生干涉——所以把各道弄對,對正確預言截面至關重要。
電子-正電子對撞可以通過一個s道的光子或Z生成一對緲子:電子和正電子湮滅成單個中間粒子,它隨後變成那對緲子。把碰撞能量調到Z的質量,會讓這個s道貢獻發生共振,這正是Z的性質之所以被測得如此精確的方式。
湮滅成一個,再分裂成兩個:這是s道在起作用。
s、t、u道並不是幾個讓你二選一的、分立的物理事件;它們是同一個振幅裡要被加在一起的貢獻,且可以相互干涉,所以它們不是各自獨立的機率。
又稱
另見