Logo
Logo

Протон-протонные столкновения

Протоны состоят из так называемых партонов — различных частиц меньшего размера. Большой адронный коллайдер (БАК) представляет собой протон-протонный коллайдер высоких энергий, и в нём энергия протонов в пучке достигает значений $E=7.0~ТэВ$ ($1~ТэВ=10^3~ГэВ=10^{12}~эВ$).

Пусть два пучка протонов с одинаковой энергией сталкиваются друг с другом, и при этом происходит взаимодействие двух партонов $a$ и $b$, которые аннигилируют с образованием новой частицы. Отношение кинетических энергий партонов $a$ и $b$ к энергии протонов, в состав которых они входят, обозначим соответственно как $x_a$ и $x_b$. Будем считать, что кинетическая энергия партонов в эксперименте заметно больше их энергии покоя.

1 Найдите произведение $x_ax_b$, если в результате описанного взаимодействия партонов образуется частица $S$ с массой покоя $m_S=1.0~\frac{ТэВ}{c^2}$.

2 Если частица $S$ в дальнейшем распадается на два фотона, найдите их частоту $\nu$ в системе отсчёта, в которой $S$ покоится.

3 Если частица $S$ распадается на две лёгкие частицы $A$ с массами покоя $m_A=1.0~\frac{ГэВ}{c^2}$, после чего каждая частица $A$ распадается на два фотона одинаковой частоты, найдите угол $\theta$ между импульсами этих двух фотонов в системе отсчёта, в которой $S$ покоится.

$\textit{Известно, что:}$

— $\sin\alpha\approx\alpha$ при $\alpha\ll1$;
— постоянная Планка $h=6.63\cdot10^{-34}~Дж\cdotс$;
— модуль заряда электрона $e=1.60\cdot10^{-19}~Кл$.