[科普中国]-Drell-Yan过程

概念

Drell-Yan过程产生于高能强子散射。当一个强子中的夸克与另一个强子中的反夸克湮灭，产生一个虚光子或者Z玻色子，之后衰变到一对带有相反电荷的轻子。这个过程最早在1970年由Sidney Drell和Tung-Mow Yan提出用来描述高能强子碰撞中的轻子-反轻子对反应。实验上，最早由J.H. Christenson等在交变梯度同步加速器实验中的质子-铀碰撞中观测到。

基本原理图1给出了强子碰撞中轻子对产生截面的量级贡献，不过它只是对图2的最低阶过程的修正。图2的过程称为Drell-Yan过程，它与湮灭、轻子的深度非弹性散射诱导的强子产生一样，对于确定结构函数、检验部分子模型及其QCD修正都有重要的意义。

为计算对应于图2的截面，我们由它的部分子子过程入手，

再将上式嵌入强子过程。设轻子对的不变质量为，即有

则过程的微分截面为

运用深度非弹性散射时熟悉的结构函数技巧可以得到强子截面，

其中对于碰撞质子组分的可能形成的所有对求和。由于和必须湮灭为无色的虚光子，式中只有一个色因子3。和带有质子动量的份额分别为和，于是式子应写为

其中为碰撞质子的质心系能量的平方。由上面三个式子，有

在最低阶，没有胶子辐射，可以预期有标度性的结果。尽管截面是碰撞能量和轻子对不变质量的函数，但是

只是比值的函数。

图3表明，实验数据与这一标度律符合得相当好。在实际计算中，式子中的和描述具有特色的夸克，因而是在深度非弹性散射的测量中对应量的，这一点很重要。1