Partikelproduktion

Partikelproduktion bezeichnet in der Physik die Erzeugung von Elementarteilchen oder zusammengesetzten Teilchen durch Wechselwirkungen aus Energie oder aus bereits vorhandenen Teilchen. Sie tritt in Laboren, in der kosmischen Strahlung, in der Astroteilchenphysik und im frühen Universum auf.

Auf der fundamentalen Ebene erfolgt Produktion über harte Streuungen, die durch die Quantenchromodynamik (QCD) und die elektroschwache Theorie beschrieben werden. Typische Mechanismen umfassen Paarproduktion, die Erzeugung von Quarks, Gluonen und schweren Zuständen wie W-, Z- oder Higgs-Bosonen. Nach der Erzeugung erfolgt häufig Hadronisierung oder Fragmentierung, wodurch Hadronen wie Mesonen und Baryonen entstehen.

In Kollisionsexperimenten wird die Produktion oft durch Querschnitte, Impuls- und Rapidity-Verteilungen beschrieben. Monte-Carlo-Generatoren wie Pythia, Herwig und Sherpa simulieren diese Prozesse und liefern Vorhersagen für Teilchenmuster, Multiplikität und Spektren.

Messungen liefern Größen wie Querschnitte, Multiplikität, pT-Spektren und Rapidity-Verteilungen; Vergleiche mit Vorhersagen testen das Standardmodell, QCD und die elektroschwache Theorie.

Beispiele umfassen Elektron-Positron-Annihilation zu Leptonen; Proton-Proton-Kollisionen, die Jets und Hadronen erzeugen; Neutralpionen; Top-Quark-Produktion; W-/Z-Boson-Produktion.