又稱多粒子產生，在高能強子碰撞中產生多個末態粒子的現象。多重產生屬於非彈性碰撞過程。只有當碰撞粒子在質心繫的動能高於次級粒子的產生閾能時，才會發生多重產生現象。產生的次級粒子多數是 π介子；當碰撞能量較高時,也可以產生一部分K介子和少量重子。
基本介紹
- 中文名：多重產生現象
- 外文名：Multiple generation
- 時間：20世紀40年代末
- 首現實驗：宇宙線核作用實驗
- 目的：探究強子相互作用的機制。
多重產生現象,涉及的物理量,理論分析,
多重產生現象
多重產生現象是20世紀40年代末首先在宇宙線核作用實驗中觀察到的。開始時有人認為，多個次級粒子可能來源於入射強子在靶原子核中的多次作用,因而有"多次產生"之說。接著,使用氫靶的核作用實驗也觀察到了多強子末態，證明這些粒子確實產生於同一次作用。早期研究多重產生現象，曾集中注意於末態粒子的種類和性質，發現了一系列奇異粒子。迄今，在多重產生現象的研究中，除了繼續研究新粒子外，還對反應截面、次級粒子的數目、角度、能量和橫動量的分布，以及它們隨入射粒子能量變化的情況,進行了測量和理論分析,目的在於探究強子相互作用的機制。
多重產生
多重產生涉及的物理量
多重數
在一次非彈性碰撞過程中產生的次級粒子總數。實驗上有時只觀測帶電次級粒子，它們的個數稱作帶電多重數。實驗表明,次級粒子多重數的平均值(叫平均多重數)取一固定值。隨著碰撞能量的增加,平均多重數也緩慢增加，直至加速器達到的最高能量（在質子－反質子質心繫的總能量為540GeV）,平均多重數對質心繫能量二次方S的關係為a+blnS+сlnS，其中a、b、с 是常量。在一次具體碰撞中，真實多重數圍繞著平均多重數在較寬的範圍內分布。實驗表明，這一分布的形式，不隨碰撞能量的改變而變化,叫作KNO標度無關性。但是，在為540GeV的質子-反質子碰撞實驗中，發現了多重數分布對KNO標度無關性的偏離。
先導粒子和非彈性係數
在多重產生過程中，入射粒子傳遞一部分能量給次級粒子，自身仍保持較大份額的初能。末態粒子中的這個能量高的粒子，叫作先導粒子。入射粒子損失的能量(即用於產生次級粒子的能量)在初能中所占的百分比，稱作非彈性係數。在每次具體碰撞中，非彈性度取不同的值，平均值約為二分之一。
橫向動量
簡稱橫動量，是次級粒子的動量矢量在垂直於入射粒子運動方向的分量。橫動量在碰撞強子的質心繫和相對於靶粒子靜止的實驗室系取相同數值，按照測不準關係，動量反比於碰撞距離，因而橫動量的大小反映強子碰撞的程度。50年代，在宇宙線多重產生現象的研究中，發現次級粒子的平均橫動量取常數值，約為0.32GeV/c,不依初能大小而改變。10～10GeV級的加速器實驗也得出了相同的結論。到60年代，在太電子伏（TeV即10eV）以上能區的宇宙線實驗中觀察到了橫動量甚大的事例，稱作大橫動量現象。大橫動量現象被認為聯繫於深層粒子的作用，因而引起普遍的興趣。70年代初，太電子伏區的 ISR加速器實驗也觀察到這一現象。最近在10TeV區的SPS加速器實驗中觀察到比ISR大得多的大橫動量產額。此外，拍電子伏（PeV即10eV）以上的宇宙線實驗還多次報導了發現更大橫動量的現象。
多重產生
多重產生理論分析
對多重產生現象的理論分析，早期主要是一些現象性模型。例如費密模型，將作用體積看作一個高溫黑體，多重產生的介子像黑體輻射；海森伯模型，假定作用體積形成一個波包，用波包膨脹的力學類比來描寫多粒子產生過程；朗道模型,引入流體力學考慮;火球模型（包括雙火球和多火球模型），假定碰撞粒子受到激發形成高溫火球，次級粒子產生於火球的衰變。60年代以後發展了多重周緣碰撞理論，R.哈格多恩的統計熱力學模型，R.P.費因曼的標度無關性模型和楊振寧等的極限碎裂模型。隨著強子結構研究的進展，從組成強子的下一層次粒子之間的相互作用來說明多重產生現象，出現了部分子模型、夸克－部分子模型和組分交換模型等。量子色動力學從強子組成粒子的相互作用來描寫有強子參與的所有物理過程，被認為是正確描寫這些過程的有希望的理論。但套用於強子碰撞的多重產生現象，只有大橫動量的過程可以用微擾論求解。小橫動量過程，由於數學上的困難，暫時還得不到量子色動力學解。
