基本介紹
- 中文名:Bhahha散射
- 外文名:BhaBha Scattering
- 別名:巴巴散射
- 領域:量子力學
簡介,散射微分截面,曼德爾斯坦變數,無偏振散射截面的推導,矩陣元,矩陣元的平方,散射項,湮滅項,最終解,用途,
簡介
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)。
散射微分截面
對自旋取平均的散射微分截面為:
這裡s,t和u是曼德爾斯坦變數, 是精細結構常數, 是散射角。散射截面的計算中忽略了電子的質量對碰撞的能量的貢獻,而只考慮了交換虛光子過程所做的貢獻。這個近似對於和Z玻色子的質量(約 )相比很小的碰撞能量是成立的;對於相比不那麼小的碰撞能量,Z玻色子的交換過程所做的貢獻也要被考慮。
曼德爾斯坦變數
曼德爾斯坦變數定義為:
其中的近似在高能近似(相對論極限)中成立。
無偏振散射截面的推導
矩陣元
兩個費曼圖對散射矩陣的矩陣元都有貢獻。這裡用k和k'表示反電子的四維動量,用p和p'表示電子的四維動量,通過費曼圖的計算法則可得到由費曼圖給出的矩陣元:
矩陣元的平方
首先計算:
下面我們分別計算過程所包含的三項。
散射項
矩陣元的平方:
對自旋求和:
下面我們對四個粒子的所有自旋求和。這裡用s和s'來表示電子的自旋,r和r'來表示反電子的自旋。
這是解的精確形式,但在討論電子時一般都只考慮能量遠大於電子質量的情況,因此忽略電子質量從而得到下面的簡化形式:
湮滅項
湮滅項的計算過程與散射項類似;由於兩個費曼圖有交換對稱性,並且初始態和最終態的粒子完全相同,因此可以簡單地通過重新排列動量的位置得到結果:
最終解
對於干涉項所用的步驟相同,將三項加在一起從而得到的最終解為:
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%。