巴巴散射

量子電動力學中，巴巴散射（英文：BhaBha Scattering）是指電子-反電子的散射過程，其中伴隨有交換虛光子。

基本介紹

• 中文名：巴巴散射
• 外文名：BhaBha Scattering

簡介

量子電動力學中，巴巴散射（英文：BhaBha Scattering）是指電子-反電子的散射過程，其中伴隨有交換虛光子：

巴巴散射散射振幅的領頭項包含有兩個費曼圖的貢獻：一個是湮滅過程，一個是散射過程。巴巴散射的散射率在正負電子對撞機中被用來當作光度的監視指標。在經典電動力學中，巴巴散射實際就是正負電子通過庫侖力相互吸引的過程。

巴巴散射的名稱來源於印度物理學家霍米·J·巴巴（Homi J. Bhbha）。

用途

巴巴散射在很多正負電子對撞實驗中用作對實驗光度的監測，精確的光度測量在精確的散射截面測量實驗中必不可少。

• 史丹福大學的大型Z玻色子探測器（Stanford Large Detector）在1993年進行的實驗中，小角度的巴巴散射被用來測量實驗的光度，測量的相對不確定度低於0.5%。
• 位於日本高能加速器研究機構的貝爾實驗，其前置量能器(Extreme Forward Calorimeter,[1])即是使用小角度的巴巴散射，來即時地量測該實驗的亮度，並且與中心碘化銫量能器所測得的大角度巴巴散射互動校正。貝爾實驗為目前亮度最高的B介子工廠。
• 正負電子對撞的實驗場所是地下的強子共振設備（ 能量約為1GeV至10 GeV），如北京的電子同步加速器（BES）、貝爾（Belle）實驗和介子的BaBar實驗，這些實驗利用大角度的巴巴散射作為光度測量的手段。如要達到相對不確定度小於0.1%的測量精確度，實驗測量需要和理論計算結果相比較，理論上要求計算到領導項及其下一個高階項的輻射修正。強子散射截面在這些較低能量下的高精度測量是理論計算μ子反常磁矩的關鍵條件之一，而計算μ子的反常磁矩能夠被用來約束超對稱以及其他超越標準模型的粒子理論。

量子電動力學

在粒子物理學中，量子電動力學（英語：Quantum Electrodynamics，簡稱QED）是電動力學的相對論性量子場論。它在本質上描述了光與物質間的相互作用，而且它還是第一套同時完全符合量子力學及狹義相對論的理論。量子電動力學在數學上描述了所有由帶電荷粒子經交換光子產生的相互作用所引起的現象，同時亦代表了經典電動力學所對應的量子理論，為物質與光的相互作用提供了完整的科學論述。

用術語來說，量子電動力學就是電磁量子真空態的攝動理論。它的其中一個創始人，理察·費曼把它譽為“物理學的瑰寶”("the jewel of physics")，原因是它能為相關的物理量提供極度精確的預測值，例如電子的異常磁矩及氫原子能級的蘭姆位移。

散射

當傳播中的輻射，像光波、音波、電磁波、或粒子，在通過局部性的位勢時，由於受到位勢的作用，必須改變其直線軌跡，這物理過程，稱為散射。這局部性位勢稱為散射體，或散射中心。局部性位勢各式各樣的種類，無法盡列；例如，粒子、氣泡、液珠、液體密度漲落、晶體缺陷、粗糙表面等等。在傳播的波動或移動的粒子的路徑中，這些特別的局部性位勢所造成的效應，都可以放在散射理論的框架里來描述。

虛粒子

虛粒子（英語：virtual particle），意即虛構粒子、假想粒子，是在量子場論的數學計算中建立的一種解釋性概念，指代用來描述亞原子過程例如撞擊過程中粒子的數學項。但是，虛粒子並不直接出現在計算過程的那些可觀測的輸入輸出量中，那些輸入輸出量只代表實粒子。虛粒子項代表那些所謂離質量殼(off mass shell)的粒子。例如，它們沿時間反演、能量不守恆、以超光速移動，每條看起來都和物理基本原理相悖。虛粒子發生在那些大致可被實輸出量相消的組合項中，因此才產生了前述那些不實的衝突。虛粒子的虛“事件”通常看起來是一個緊接著另一個發生，例如在一次撞擊的時長中，所以他們顯得短命。如果在計算中略去那些被詮釋為代表虛粒子的數學項，計算結果將變成近似值，有可能較大地偏離完整計算得到的正確而且精確的結果。