41 .P lo ts of cr os s se ct io n s an d re la te d qu an ti ti es σ an d R in e

6

41 .P lo ts of cr os s se ct io n s an d re la te d qu an ti ti es σ an d R in e

+

e

−

C ol lis io ns 10

-8

10

-7

10

-6

10

-5

10

-4

10

-3

10

-2

1 10 10

2

σ

[m b]

ω ρ

φ ρ′J/ψ ψ(2S)

Υ Z 10

-1

1

10

10

2

10

3

1 10 10

2

R

ω ρ

φ ρ′

J/ψψ(2S)

Υ Z √ s [G eV ]

Figure41.6:Worlddataonthetotalcrosssectionofe+e−→hadronsandtheratioR(s)=σ(e+e−→hadrons,s)/σ(e+e−→µ+µ−,s). σ(e+e−→hadrons,s)istheexperimentalcrosssectioncorrectedforinitialstateradiationandelectron-positronvertexloops,σ(e+e−→ µ+µ−,s)=4πα2(s)/3s.Dataerrorsaretotalbelow2GeVandstatisticalabove2GeV.Thecurvesareaneducativeguide:thebrokenone (green)isanaivequark-partonmodelprediction,andthesolidone(red)is3-looppQCDprediction(see“QuantumChromodynamics”sectionof thisReview,Eq.(9.7)or,formoredetails,K.G.Chetyrkinetal.,Nucl.Phys.B586,56(2000)(Erratumibid.B634,413(2002)).Breit-Wigner parameterizationsofJ/ψ,ψ(2S),andΥ(nS),n=1,2,3,4arealsoshown.Thefulllistofreferencestotheoriginaldataandthedetailsof theRratioextractionfromthemcanbefoundin[arXiv:hep-ph/0312114].Correspondingcomputer-readabledatafilesareavailableat http://pdg.lbl.gov/current/xsect/.(CourtesyoftheCOMPAS(Protvino)andHEPDATA(Durham)Groups,May2010.)Seefull-color versiononcolorpagesatendofbook.

41 .P lo ts of cr os s se ct io n s an d re la te d qu an ti ti es

7

R in L ig ht -F la vo r, C ha rm ,a nd B ea ut y T hr es ho ld R eg io ns

10-1

110

102 0.511.522.53

Su m of ex cl us iv e m ea su re m en ts In cl us iv e m ea su re m en ts 3 lo op pQ C D N ai ve qu ar k m od el u, d, s

ρ

ωφ ρ′ 234567 33.544.55

Mark-I Mark-I+LGW Mark-II PLUTO DASP CrystalBall BES

J/ψψ(2S) ψ3770ψ4040

ψ4160 ψ4415

c

2345678 9.51010.511

MD-1ARGUSCLEOCUSBDHHM CrystalBallCLEOIIDASPLENA Υ(1S) Υ(2S)Υ(3S) Υ(4S)

b

R √ s [G eV ]

Figure41.7:Rinthelight-flavor,charm,andbeautythresholdregions.Dataerrorsaretotalbelow2GeVandstatisticalabove2GeV. ThecurvesarethesameasinFig.41.6.Note:CLEOdataaboveΥ(4S)werenotfullycorrectedforradiativeeffects,andweretain themontheplotonlyforillustrativepurposeswithanormalizationfactorof0.8.Thefulllistofreferencestotheoriginaldataand thedetailsoftheRratioextractionfromthemcanbefoundin[arXiv:hep-ph/0312114].Thecomputer-readabledataareavailableat http://pdg.lbl.gov/current/xsect/.(CourtesyoftheCOMPAS(Protvino)andHEPDATA(Durham)Groups,May2010.)Seefull-color versiononcolorpagesatendofbook.

Quantenchromodynamik (QCD) Zoom in einen Teil des Eich-Systems: QCD (die S U (3 ) ; qu+gl)

QCD O(α )

245 MeV 181 MeV

ΛMS(5)α (Μ )sZ 0.1210 0.1156

0. 1 0. 2 0. 3

0. 4

0. 5 α s (Q ) 1 10 10 0 Q [G eV ]

Heavy QuarkoniaHadron Collisionse+e-AnnihilationDeep Inelastic Scattering NL O

NN LO

Theory Data Lat tic e

211 MeV0.1183 s4

{ [PDG; LEP EWWG]

• Merkmal: asymptotische Freiheit • Atomstöÿe → e

−

emittiert Grundlage unserer Elektronik • Protonstöÿe → erzeugen mehr p's + exotische Teilchen; nie ein Quark! • starke Kraft wächst mit Entfernung • Quarks nahe beisammen (hohe E) ⇒ Kraft schwächer • unerwartet! (em. Kraft umgekehrt) • schönes Theorie-Resultat Nobelpreis 2004 G/P/W • Experiment?! (

←

siehe links ) Yo rk Schr¨ od er, U B ie le fe ld 1/3

QCD reality check (per Computer) studiere das Hadronen-Spektrum (Hadronen: Bindungszust. von Quarks; z.B. K=

s¯d

, p=

uud

,

Λ

=

uds

) • löse QCD-Gln per Computer [e.g. S. Aoki et.al., PACS-CS 2008] • was nicht herauskommt: . Gluonen . Drittel-Ladungen • was man erhält: . nur die beobachteten Teilchen + Massen . nicht mehr, nicht weniger! 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 ρ K

*

φ N Λ Σ Ξ ∆ Σ

∗

Ξ

∗

Ω vector meson octet baryon decuplet baryon

mass [GeV] • punchline: QCD erklärt die niedrigliegenden Hadronmassen! . Feld in Entwicklung; Teraflop-Geschwindigkeiten, weltweite Anstrengungen . a = 0 . 09 1 fm; 32

3

× 64 Gitter; NP O ( a ) verb. Wilson Quarks . 2+1 flavors; chirale Logs; m

q

≈ 1 . 3 m

l

; π , K , Ω als Input Yo rk Schr¨ od er, U B ie le fe ld 2/3

QCD reality check (per Teilchenbeschleuniger) • z.B. LEP, e

+

e

−

→ X (irgendetwas) : finden zwei Klassen von Ereignissen (QM!) • (1) X = e

+

e

−

or τ

+

τ

−

or ... l

+

l

−

. Leptonen: keine Farbladung → hauptsächlich QED-Wechselwirkungen . einfacher Endzustand: kleine Kopplung ( α = e

2

/ (4 π ) ≈ 1 / 13 7 ) meistens (99%) passiert nichts . e

+

e

−

γ ∼ 1% → prüfe Details der QED . e

+

e

−

γ γ ∼ 0.01% → ... • (2) X > 10 Teilchen: π , ρ , p , ¯p , ... . griechisch-lateinische Suppe zusammengesetzt aus Quarks + Gluonen . Muster: E+Impuls-Fluss in Jets . 2 Jets ∼ 90%; 3 Jets ∼ 9%; 4 Jets ∼ 0.9% . direkte Bestätigung der asympt. Freiheit! . harte Strahlung selten → # der Jets . weiche Strahlung häufig → verbreitert Jet • heute: QCD testen → Hintergründe ausrechnen auf der Suche nach neuen Phänomenen Yo rk Schr¨ od er, U B ie le fe ld 3/3