深度非彈性散射

深度非彈性散射是一種物理學辭彙，在質心繫中某一入射粒子在碰撞後其能量有較大幅度的損失的情況。

深度非彈性散射

正文

又稱深度非彈性碰撞，指在質心繫中某一入射粒子在碰撞後其能量有較大幅度的損失的情況。例如，將高能電子轟擊到質子上，除了出現有電子對質子的彈性碰撞過程外，更多的是出現產生任意多個π介子的情形,即有

這時在質心繫的電子在碰撞後必定有大量的能量損失，即這些能量轉移成π介子的能量,因而就稱之為電子對質子的深度非彈性散射或深度非彈性碰撞。
實驗上研究深度非彈性散射時，可以測量所有的次級粒子的動量和能量。這時便稱為遍舉的非彈性散射過程。也可以只測量其中一個粒子或兩個或幾個粒子的動量和能量，這時便稱為單舉或雙舉或多舉的非彈性散射或非彈性反應過程。如果是單舉的非彈性散射過程，這時就寫為

(1)

其中 X代表所有其他粒子。如果用中微子或反中微子作為入射粒子，那么相應的單舉的深度非彈性散射過程就寫為

(2)

(3)

核子(質子和中子)及π介子-內部結構模型圖

其中N代表核子，即質子和中子，Ⅴ() 代表電子中微子或 子中微子 以及可能的 輕子中微子。其末態是Ⅴ()的稱為中性流的深度非彈性散射，其末態是或的稱為帶電流的深度非彈性散射。研究這種單舉的深度非彈性散射有一個重要的簡化。從實驗的角度說，測量這種單舉的反應過程時，只測量兩個獨立的物理量,一個是末態電子的能量,一個是末態電子的飛行方向。在彈性散射中，這兩個物理量在實驗室系不是獨立的,一個量給定了,另一個量也就確定了。實際上，在測量中所測到的能量和角度這種相關性說明所觀察到的確是彈性散射。在非彈性散射過程中，這兩個物理量是相互獨立的，也就是在某一方向上將觀察到不同能量的電子，同一能量的電子也可以在不同的方位角上測量到。既然在實驗上存在兩個相互獨立的觀察量，那么在理論上就可以用兩個相對論協變的獨立的物理量表征單舉的深度非彈性散射過程。首先是四動量傳遞q,即

其中pi和pf是始末態電子的四動量。其次是末態粒子X的等效質量，即有

。

其中pp是始態質子或中子的四動量。利用以上兩個獨立的協變的物理量就能用來描述整個非彈性散射過程，包括它的截面、角分布等。所謂深度非彈性散射通常是指q2 >(1～2)GeV2 /с2 以上的過程,並且q2 恆為正值的情形，這時，受激核子的共振態將只有極小的貢獻。在物理上可實現q2 為負值的情形，如在與式(1)相對應的交叉道

中，q2 就恆為負值，但這時將稱為深度非彈性散射的碎裂過程。由於反應道式 (1)中的電子和質子都帶有自旋(1/2),因而在實驗上可進一步研究入射電子具有不同極化以及靶核子也是極化的情況。這就稱為極化電子和極化核的深度非彈性散射。由於實驗上觀察的物理量中多了電子、核子的極化度這一新的物理量，表征這一過程獨立的物理量當然要比通常的深度非彈性散射過程複雜一些。對雙舉過程，表征它的物理量要更複雜一些。對於遍舉過程，由於其中可測的物理量過多，在理論上只好套用統計的方法來進行研究。
實驗上研究單舉的、雙舉的以及帶有極化的深度非彈性散射過程是很重要的。正是在大量的這樣的實驗研究中,美國科學家J.D.布約肯等人建立了部分子模型。而量子色動力學也在這個模型的基礎上發展了起來。

配圖

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