A mély rugalmatlan szórás leptonokat és hadronokat érintő szórási folyamat , amelyben a tehetetlenségi középpontjuk rendszerében lévő végső hadronok összenergiája ( invariáns tömeg ) sokkal nagyobb, mint a hadron jellemző tömege (kb. 1 GeV) [1] . A mély rugalmatlan szóródásra példa a hadronok többszörös keletkezése nagyenergiájú elektronok vagy müonok nukleonokkal való ütközésekor [2] . A hadronok (különösen a protonok és neutronok ) belsejének vizsgálatára szolgál), valamint a kölcsönhatások dinamikájának tisztázása kis távolságokban. A mély rugalmatlan szórást először az 1960-as és 1970-es években hajtották végre, és meggyőző bizonyítékot szolgáltatott a kvarkok valóságára , amelyeket addig sokan csak matematikai trükknek tartottak.
A „mély rugalmatlan szórás” kifejezésben a „szórás” szó a lepton (elektron, müon stb.) elhajlására utal. A " rugalmatlan " szó azt jelenti, hogy a célpont elnyeli a lepton energiájának egy részét, és ennek eredményeként a belső állapota megváltozik. Valójában a használt leptonok nagyon magas energiáinál a célpont "eltörik", és sok új részecske jelenik meg a helyén. A "mély" szó egyrészt azt jelenti, hogy a céltárgy által elnyelt energia nagy a tömegéhez képest, másrészt azt, hogy a lepton de Broglie-hullámhossza kicsi, és ezért alkalmas a szondázásra. olyan távolságok, amelyek kicsik a cél hadron méretéhez képest (a hadron "mélyén")[ adja meg ] .
A leptonok nem képesek erős kölcsönhatásra, csak az elektrogyenge . Ezért a leptonnak a célpontra gyakorolt hatása virtuális fotonok (és/vagy W- és Z-bozonok ) cseréjére redukálódik. A perturbációelmélet első rendjében az elektromágneses kölcsönhatási állandóban a folyamatot egyetlen virtuális foton lepton általi kibocsátásának tekinthetjük, amely kiüti a hadronból a kvarkot (ez látható a fenti ábrán). De a kvarkok szabad állapotban a bezártság miatt nem létezhetnek , így további hadronizáció következik be , melynek eredményeként a megfigyelt részecskék megszületnek.
A fizika standard modellje , különösen Murray Gell-Mann munkája az 1960-as években, sikeresen egyesítette a részecskefizika számos, korábban egymástól eltérő fogalmát egy viszonylag egyszerű keretbe. Háromféle alapvető részecske volt benne:
Az első leptont 1897-ben fedezték fel, amikor D. D. Thomson kimutatta, hogy az elektromos áram elektronok áramlása. Célzott kísérletek során néhány bozont kimutattak, bár az elektrogyenge erőt hordozó W + , W- és Z0 részecskéket a hamburgi DESY -ben csak az 1980-as évek elejéig mutatták ki megbízhatóan a gluonokkal együtt . A kvarkok azonban még mindig megfoghatatlanok voltak.
A kvarkok kimutatására vonatkozó ötletek E. Rutherford 20. század eleji úttörő kísérleteinek ötletei alapján fogalmazódtak meg, az aranyatomok alfa-részecskékkel való szondázásával kapcsolatos kísérletei alapján Rutherford bebizonyította, hogy az atomoknak kicsi, masszív, töltéssel rendelkeznek. mag a központban. Az alfa-részecskék többsége csekély elhajlással vagy semmilyen elhajlás nélkül haladt át a vékony anyagrétegen, de néhányuk nagy szögben elhajlott, vagy visszapattant. Ez arra utalt, hogy az atomok bonyolult belső szerkezettel rendelkeznek, és sok üres teret tartalmaznak.
A barionok belső szerkezetének vizsgálatához egy kicsi, áthatoló és könnyen hozzáférhető részecskét kellett használni. Az elektronok kiválóan alkalmasak voltak erre a szerepre, mivel nagy mennyiségben fordulnak elő a természetben, és elektromos töltésük miatt könnyen felgyorsulnak nagy energiákra. 1968-ban az SLAC -ban elektronsugarak szóródását hajtották végre az atommagok protonjain és neutronjain [3] [4] [5] . Később müonokkal és neutrínókkal is végeztek kísérleteket ugyanezen elvek alapján .
Az ütközések során a mozgási energia egy része elnyelődött, és rugalmatlanok voltak . Ez ellentétben áll a Rutherford-szórással, amely rugalmas a kinetikus energiaveszteség hiánya miatt. Az elektron elhagyja az atomot, pályája és sebessége detektálható. A kapott eredmények elemzése arra a következtetésre vezetett, hogy a hadronoknak valóban van belső szerkezetük. A kísérletek azért voltak fontosak, mert nemcsak megerősítették a kvarkok fizikai valóságát, hanem ismét bebizonyították, hogy a Standard Modell a megfelelő kutatási irány a részecskefizikusok számára.