费曼图与散射

s、t、u 道过程(s-, t-, and u-channel processes)

两个粒子进来,两个出去——但能让这件事发生的剧情不止一种,物理学家给主要的几种剧情起了简短的名字:s道、t道和u道。可以把它们想成同一批角色的三种不同情节。在一种情节里,两个入射粒子先融合在一起;在另一种里,它们彼此擦肩而过,并在中间交换某样东西;在第三种里,它们做着介于两者之间的事。字母s、t、u只是这些不同「接线方式」的标签。

具体来说,在s道过程中,两个入射粒子湮灭或并合成单个中间粒子,这个中间粒子再分裂成那对出射粒子——就像两股水流相遇、短暂合为一股、再分开。在t道过程中,入射粒子保持各自独立,彼此之间交换一个粒子,从而互相偏折——就像两艘船交会时抛过一条绳。u道与t道类似,只是把两个出射粒子对调了一下,这在那两个出射粒子完全相同时才有分别。这些名字来自曼德尔斯塔姆变量s、t、u,它们是由粒子的能量和动量构成的记账量,用来标记每一道。

为什么要费心区分它们?因为s道正是共振栖身之处:当入射粒子的合并能量与某个中间粒子的质量相符时,s道的贡献会飙升成一个布雷特-维格纳峰,这正是对撞机中发现新粒子的方式。相比之下,t道和u道主导的是温和的偏折,给出平滑下降的截面。对任一给定过程,几个道可以同时贡献,而由于振幅是先相加再平方的,它们之间可以发生干涉——所以把各道弄对,对正确预言截面至关重要。

电子-正电子对撞可以通过一个s道的光子或Z生成一对缪子:电子和正电子湮灭成单个中间粒子,它随后变成那对缪子。把碰撞能量调到Z的质量,会让这个s道贡献发生共振,这正是Z的性质之所以被测得如此精确的方式。

湮灭成一个,再分裂成两个:这是s道在起作用。

s、t、u道并不是几个让你二选一的、分立的物理事件;它们是同一个振幅里要被加在一起的贡献,且可以相互干涉,所以它们不是各自独立的概率。

又称
scattering channelss-channel, t-channel, u-channel散射道散射道