[科普中国]-深度非弹性散射

概念

深度非弹性散射又称深度非弹性碰撞，指在质心系中某一入射粒子在碰撞后其能量有较大幅度的损失的情况。例如，将高能电子轰击到质子上，除了出现有电子对质子的弹性碰撞过程外，更多的是出现产生任意多个π介子的情形，即有这时在质心系的电子在碰撞后必定有大量的能量损失，即这些能量转移成π介子的能量。因而就称之为电子对质子的深度非弹性散射或深度非弹性碰撞。

基本原理为了细致地观察质子的结构，人们通过散射电子更大的能量损失，以增加光子的来得到更好的空间分辨率。由于大的能量转移，质子往往会被打破，图1的图像需要推广为图2。

当较小时，只能将质子激发为态，然后产生一个额外的介子，即。在这样的事例中，不变质量为。当很大时，反应产物变得非常复杂，初态质子完全失去其本来面目。因此必须设计一种新的方法，以便通过测量抽出所需要的信息。

图3给出了不变质量的分布。可以注意到，峰出现在质子没被打破的地方（），而较宽区域中的那些峰出现在靶被激发为共振重子态的地方。共振态之外，具有较大不变质量的复杂多粒子态给出了丢失质量的平滑分布。

图1的粒子中，把靶换为质子靶，用质子流代替轻流，构造出一个的最一般形式。但是这种改变对于图2的非弹性散射的描写还不够。尽管图2虚线以上的情况没有改变（这是我们要利用的一个事实），但在虚线之下的末态不再是以狄拉克旋量描写的单子进入矩阵元或流之中。因此，必定具有比式子更复杂的形式。截面的表达式可直接推广为

式中是轻子的张量表示。强子的张量是把传播子另一端完全未知的流的形式参数化，其最一般形式必定由和独立的动量和（）构成。不再包括在内，因为截面参数化，对自旋已经球了和、求了平均。我们可以写出

在中已省去了反对称项，因为把它插入式子中，由于对称，反对称项对截面的贡献为零。注意，在式子的省去了，这个位置保留着给宇称破坏的结构函数，那是用中微子束流取代电子束流的情形，因而虚光子探针也由弱子替换。1