Спи́новая асимметри́я — безразмерная физическая величина, характеризующая зависимость эффективного сечения, скорости распада или распределения продуктов реакции от ориентации спинов участвующих частиц. Обычно её определяют как нормированную разность результатов, полученных для двух противоположных спиновых конфигураций. Конкретное определение и знак асимметрии зависят от рассматриваемого процесса, выбранной оси квантования и кинематических переменных.
Определение Если меняют проекцию спина только одной из участвующих частиц, говорят об односпиновой асимметрии. В простейшем случае она определяется как
где и — интегральные или дифференциальные эффективные сечения для противоположных проекций спина на выбранную ось. Для состояний с единичной поляризацией выполняется . Значение означает отсутствие различия между двумя сравниваемыми спиновыми конфигурациями при данных кинематических условиях.
Если одновременно сравнивают конфигурации спинов двух поляризованных частиц, соответствующую величину называют двухспиновой асимметрией. В зависимости от ориентации оси поляризации относительно импульса частицы различают продольные и поперечные спиновые асимметрии.
В эксперименте вместо эффективных сечений обычно используют числа зарегистрированных событий, нормированные на интегральную светимость. При извлечении физической асимметрии также учитывают степень поляризации пучка или мишени, эффективность регистрации и геометрическую приемлемость детектора.
Поляризованное рассеяние В процессах с поперечно поляризованным пучком односпиновую асимметрию часто обозначают и называют анализирующей способностью. Она проявляется как зависимость сечения от азимутального угла между направлением поперечного спина и плоскостью рождения конечной частицы.
Для состояний с единичной поляризацией в одной из распространённых систем координат эту зависимость записывают в виде
где — азимутальный угол. Выбор функции или , а также знак , зависят от принятой системы координат. При неполной поляризации амплитуда наблюдаемой модуляции дополнительно пропорциональна степени поляризации пучка.
Ненулевая поперечная односпиновая асимметрия указывает на корреляцию между направлением спина и азимутальным распределением продуктов реакции. В столкновениях адронов такие асимметрии используют для исследования поперечного движения партонов, спин-орбитальных корреляций и процессов фрагментации.
Лептонные распады Спиновую асимметрию рассматривают, в частности, в лептонных распадах поляризованных мюонов и тау-лептонов:
где — заряженный лептон меньшей массы. В системе покоя распадающейся частицы угол определяют как угол между направлением её спина и импульсом конечного заряженного лептона.
Двойное дифференциальное распределение можно представить в виде
где — нормированная энергия конечного лептона, — степень поляризации исходного лептона, — кинематический множитель, а и описывают соответственно изотропную и спин-зависимую части спектра. Эти функции могут быть выражены через параметры Мишеля.
Интегральную угловую асимметрию определяют как нормированную разность скоростей распада в полусферы вдоль и против направления спина:
В Стандартной модели заряженный слабый ток имеет структуру . В низшем порядке теории возмущений, при стопроцентной поляризации исходного лептона и в пределе , для приведённого определения получается . В общем случае результат зависит от отношения масс лептонов, параметров Мишеля, степени поляризации и радиационных поправок квантовой электродинамики.
При высокоточных вычислениях необходимо также однозначно определить способ учёта событий с дополнительными фотонами и лептонными парами, чтобы наблюдаемая величина оставалась инфракрасно-безопасной. Измерения спиновой асимметрии в распадах мюона и тау-лептона дают информацию о структуре слабого взаимодействия и могут использоваться для проверки лептонной универсальности.
Примечания
Категория:Рассеяние Категория:Физика элементарных частиц Категория:Экспериментальная физика элементарных частиц