quantités numériques qui rendent compte de la conservation de l’énergie et de la quantité de mouvement, ainsi que de l’invariance de Lorentz dans les réactions entre particules
Les variables de Mandelstam permettent d'analyser la cinématique des processus de diffusion en prenant en compte les deux propriétés suivantes : il est possible de définir au moins un invariant de Lorentz pour un processus (quantité indépendante du système de référence), et le quadri-moment est conservé[1].
Dans une réaction impliquant les particules initiales et , et les particules finales et , dont le quadri-moment est où , notée , les variables de Mandelstam correspondent aux quantités invariantes de Lorentz suivantes[2] :
est alors le carré de la somme des énergies initiales ou finales dans le centre de masse, et le carré du transfert de quantité de mouvement. Enfin, les énergies et impulsions peuvent s'exprimer en fonction de ces invariants de Lorentz, elles peuvent donc être calculées dans n'importe quel référentiel.
Le repère du centre de masse (CM) est aussi appelé repère d'impulsion nulle (IN).
Il est souvent utile de disposer des quantités dynamiques exprimées en termes des variables de Mandelstam.
Les lettres sont également utilisées dans les expressions canal s, canal t, canal u. Ces canaux sont représentés par différents diagrammes de Feynman et véhiculent pour différents évènements de collision et de diffusion des interactions impliquant l’échange d’une particule intermédiaire dont les carrés du quadri-moment sont respectivement égaux à .
canal s
canal t
canal u
Le canal s correspond aux particules 1,2 qui se joignent en une particule intermédiaire qui éventuellement se scindera en 3,4: le canal s est la seule voie qui permet de découvrir des résonances et de nouvelles particules instables pourvu que leurs temps de vie soient suffisamment longs pour qu’elles puissent être détectées.
Le canal t représente le processus dans lequel la particule 1 émet une particule intermédiaire se transformant ainsi en la particule finale 3, alors que la particule 2 absorbe la particule intermédiaire pour devenir la 4.
Le canal u n’est rien d’autre que le canal t dans lequel on a interchangé les rôles des particules 3 et 4.