Particle Polarization in High Energy Physics: An Introduction and Case Studies on Vector Particle Production at the LHC

این کتاب با دسترسی آزاد به سؤالات زیر می پردازد: قطبش ذره، یعنی حالت تکانه زاویه ای که در آن تولید می شود، چگونه در طبیعت خود را نشان می دهد؟ مفاهیم و ابزارهای مورد نیاز برای انجام اندازه‌گیری‌های دقیق و ارائه اطلاعات فیزیکی کامل و بدون ابهام چیست؟

اندازه‌گیری‌های قطبش مهم هستند زیرا ماهیت و ویژگی‌های جفت شدن یک ذره را منعکس می‌کنند و منحصربه‌فرد ارائه می‌دهند. بینش‌هایی در مورد فعل و انفعالات اساسی زیربنایی، ایفای نقش اصلی در مطالعه و درک مکانیسم‌های تولید ذرات.

علاوه بر مرور تدریجی بسیاری از مفاهیم اساسی، کتاب چندین مطالعه موردی را ارائه می‌کند. مربوط به تحلیل‌های فیزیک در حال انجام در LHC، از جمله فروپاشی لپتون-ضد لپتون در حالات برداری (بوزون‌های Drell–Yan، Z و W، کوارکونیا و غیره). این کتاب همچنین بحث مفصلی در مورد واپاشی های آبشاری، که در آن ذره برداری دختر ذره ای دیگر است، و همچنین بررسی توزیع های زاویه ای معمولی ذرات هر عدد صحیح یا نیمه صحیح را ارائه می دهد.

با رویکردی بصری به ارائه مفاهیم و استفاده مکرر از مثال‌های آموزشی، برگرفته از اندازه‌گیری‌های واقعی، آزمایش‌های gedanke، یا شبیه‌سازی‌های دقیق، این کتاب بر جنبه‌هایی از اندازه‌گیری‌های قطبی تمرکز می‌کند که گاهی دست‌کم گرفته می‌شوند یا ناشناخته باقی می‌مانند. تحلیل‌های تجربی، مانند اهمیت انتخاب چارچوب مرجع، وجود روابط مستقل از فریم، و شکل‌های دامنه پارامترهای مجاز فیزیکی. چندین نمونه از مشکلات معرفی شده در هنگام نادیده گرفته شدن چندبعدی ذاتی مسئله در ازای یک تحلیل ساده ارائه شده است.

هدف قرار دادن مخاطبان دانشجویان فارغ التحصیل، فوق دکترا، و سایر موارد محققانی که در تجزیه و تحلیل داده‌های LHC نقش دارند، این کتاب به ایجاد پل محکمی بین داده‌های با دقت بالا، موجود یا به زودی جمع‌آوری می‌شود و اندازه‌گیری‌های دقیق، از جمله آزمون‌های با حساسیت بالا در مدل استاندارد کمک می‌کند.

This open-access book addresses the following questions: how does the polarization of a particle, i.e., the angular momentum state in which it is produced, manifest itself in nature? What are the concepts and tools needed to perform rigorous measurements providing complete and unambiguous physical information?

Polarization measurements are important because they reflect the nature and coupling properties of a particle and provide unique insights into the underlying fundamental interactions, playing a central role in the study and understanding of the mechanisms of particle production.

Besides gradually reviewing many fundamental notions, the book presents several case studies relevant to physics analyses underway at the LHC, including the lepton-antilepton decays of vector states (Drell–Yan, Z and W bosons, quarkonia, etc.). The book also offers a detailed discussion of cascade decays, where the vector particle is a daughter of another particle, as well as a survey of typical angular distributions of particles of any integer or half-integer spin.

With a visual approach to the presentation of the concepts and frequent use of pedagogical examples, taken from real measurements, gedankenexperiments, or detailed simulations, the book focuses on aspects of polarization measurements that are sometimes underestimated or left unexplored in experimental analyses, such as the importance of the choice of the reference frame, the existence of frame-independent relations, and the shapes of the physically allowed parameter domains. Several examples are provided of pitfalls introduced when the intrinsic multidimensionality of the problem is neglected in exchange for a simplified analysis.

Targeting an audience of graduate students, post-docs, and other researchers involved in analyses of LHC data, this book helps to establish a solid bridge between high precision data, existing or soon to be collected, and accurate measurements, including high-sensitivity tests of the Standard Model.