Parton (fizyka cząstek elementarnych)

W fizyce cząstek elementarnych model partonów to model hadronów , takich jak protony i neutrony , zaproponowany przez Richarda Feynmana . Jest przydatny do interpretacji kaskad promieniowania ( deszcz partonów ) wytwarzanych w procesach chromodynamiki kwantowej (QCD) i oddziaływaniach w zderzeniach cząstek o wysokiej energii.

Model

Cząstka rozpraszająca widzi tylko partony walencyjne. Przy wyższych energiach cząstki rozpraszające wykrywają również partony morskie.

generatorach zdarzeń Monte Carlo w celu kalibracji i interpretacji (a tym samym zrozumienia) procesów w eksperymentach ze zderzaczami. W związku z tym nazwa jest również używana w odniesieniu do algorytmów, które przybliżają lub symulują proces.

Motywacja

Model partonowy został zaproponowany przez Richarda Feynmana w 1969 roku jako sposób analizy zderzeń wysokoenergetycznych hadronów. Każdy hadron (na przykład proton ) można uznać za kompozycję pewnej liczby punktowych składników, zwanych „partonami”. Model partonowy został natychmiast zastosowany do głębokiego nieelastycznego rozpraszania elektronów i protonów przez Bjorkena i Paschosa.

Cząstki składowe

Hadron składa się z wielu punktowych składników, zwanych „partonami”. Później, dzięki eksperymentalnej obserwacji skalowania Bjorkena , walidacji modelu kwarkowego i potwierdzeniu asymptotycznej swobody w chromodynamice kwantowej , partony dopasowano do kwarków i gluonów . Model partonowy pozostaje uzasadnionym przybliżeniem przy wysokich energiach, a inni rozszerzyli teorię na przestrzeni lat. [ kto? ]

Tak jak przyspieszone ładunki elektryczne emitują promieniowanie QED (fotony), przyspieszone kolorowe partony będą emitować promieniowanie QCD w postaci gluonów. W przeciwieństwie do nienaładowanych fotonów, gluony same przenoszą ładunki kolorowe i dlatego mogą emitować dalsze promieniowanie, prowadząc do pęków partonów.

Rama odniesienia

Zobacz też: DGLAP

Hadron jest zdefiniowany w układzie odniesienia , w którym ma nieskończony pęd - prawidłowe przybliżenie przy wysokich energiach . W ten sposób ruch partonów jest spowalniany przez dylatację czasu , a rozkład ładunku hadronów jest skrócony przez Lorentza , więc nadchodzące cząstki zostaną rozproszone „natychmiast i niespójnie”. [ potrzebne źródło ]

Partony są definiowane w odniesieniu do skali fizycznej (zgodnie z badaniem odwrotności przeniesienia pędu). [ potrzebne wyjaśnienie ] Na przykład parton kwarkowy w jednej skali długości może okazać się superpozycją stanu partonu kwarkowego z partonem kwarkowym i partonem gluonowym wraz z innymi stanami z większą liczbą partonów w mniejszej skali długości. Podobnie parton gluonowy w jednej skali może rozłożyć się na superpozycję stanu partonu gluonu, stanu partonu gluonu i partonu kwarkowo-antykwarkowego oraz innych stanów wieloczęściowych. Z tego powodu liczba partonów w hadronie faktycznie rośnie wraz z przeniesieniem pędu. Przy niskich energiach (tj. dużych skalach) barion zawiera trzy partony walencyjne (kwarki), a mezon zawiera dwa partony walencyjne (kwark i antykwark). Obserwacje pokazują jednak, że przy wyższych energiach partony morskie (partony niewalencyjne) oprócz partonów walencyjnych.

Historia

Model partonowy został zaproponowany przez Richarda Feynmana w 1969 roku i pierwotnie był używany do analizy zderzeń wysokoenergetycznych. Został zastosowany do głęboko nieelastycznego rozpraszania elektronów / protonów przez Bjorkena i Paschosa. Później, dzięki eksperymentalnej obserwacji skalowania Bjorkena , walidacji modelu kwarkowego i potwierdzeniu asymptotycznej swobody w chromodynamice kwantowej, partony dopasowano do kwarków i gluonów. Model partonowy pozostaje uzasadnionym przybliżeniem przy wysokich energiach, a inni rozszerzyli teorię na przestrzeni lat [ jak? ] .

Uznano [ kiedy? ] , że partony opisują te same obiekty, które obecnie częściej określa się jako kwarki i gluony. Bardziej szczegółową prezentację właściwości i teorii fizycznych odnoszących się pośrednio do partonów można znaleźć w rozdziale dotyczącym kwarków .

Leonard Susskind użył partonów do modelowania holografii .

Funkcje rozkładu partonów

Rozkład partonów CTEQ6 działa w schemacie renormalizacji MS i Q = 2 GeV dla gluonów (czerwony), górny (zielony), dolny (niebieski) i dziwny (fioletowy). Wykreślono iloczyn ułamka wzdłużnego pędu x i funkcji rozkładu f w funkcji x .
Zobacz też: Poprzeczne rozkłady pędu

Funkcja rozkładu partonów (PDF) w ramach tak zwanej faktoryzacji kolinearnej jest zdefiniowana jako gęstość prawdopodobieństwa znalezienia cząstki o określonym ułamku pędu wzdłużnego x w skali rozdzielczości Q 2 . Ze względu na wrodzoną nieperturbacyjną naturę partonów, których nie można zaobserwować jako wolnych cząstek, gęstości partonów nie można obliczyć za pomocą perturbacyjnej QCD. W ramach QCD można jednak badać zmienność gęstości partonów ze skalą rozdzielczości zapewnianą przez sondę zewnętrzną. Taką skalę podaje np. a wirtualny foton z wirtualnością Q 2 lub przez dżet . Skalę można obliczyć na podstawie energii i pędu wirtualnego fotonu lub dżetu; im większy pęd i energia, tym mniejsza skala rozdzielczości - jest to konsekwencja zasady nieoznaczoności Heisenberga . Stwierdzono, że zmiana gęstości partonów w zależności od skali rozdzielczości dobrze zgadza się z eksperymentem; jest to ważny test QCD.

Funkcje rozkładu partonów uzyskuje się przez dopasowanie obserwowalnych danych do danych eksperymentalnych; nie można ich obliczyć za pomocą perturbacyjnego QCD. Ostatnio odkryto, że można je obliczyć bezpośrednio w sieci QCD przy użyciu efektywnej teorii pola o dużym pędzie.

Eksperymentalnie określone funkcje rozkładu partonów są dostępne z różnych grup na całym świecie. Główne niespolaryzowane zestawy danych to:

Biblioteka LHAPDF zapewnia ujednolicony i łatwy w użyciu interfejs Fortran / C++ dla wszystkich głównych zestawów plików PDF.

Uogólnione rozkłady partonów (GPD) to nowsze podejście do lepszego zrozumienia struktury hadronów poprzez przedstawienie rozkładów partonów jako funkcji większej liczby zmiennych, takich jak pęd poprzeczny i spin partonu. Można je wykorzystać do badania struktury spinowej protonu, w szczególności reguły Ji sum wiąże całkę GPD z momentem pędu przenoszonym przez kwarki i gluony. Wczesne nazwy obejmowały rozkłady partonów „nie do przodu”, „nie ukośne” lub „skośne”. Dostęp do nich uzyskuje się za pośrednictwem nowej klasy ekskluzywnych procesów, w przypadku których wszystkie cząstki są wykrywane w stanie końcowym, takich jak głęboko wirtualne rozpraszanie Comptona. Zwykłe funkcje dystrybucji partonów są odzyskiwane przez ustawienie na zero (granica do przodu) dodatkowych zmiennych w uogólnionych rozkładach partonów. Inne zasady pokazują, że współczynnik kształtu elektrycznego , współczynnik kształtu magnetycznego , a nawet współczynniki kształtu związane z tensorem energii i pędu są również zawarte w GPD. Pełny trójwymiarowy obraz partonów wewnątrz hadronów można również uzyskać z GPD.

Symulacja

Symulacje pęków cząstek są przydatne w obliczeniowej fizyce cząstek elementarnych do automatycznego obliczania interakcji cząstek, rozpadów lub generatorów zdarzeń i są szczególnie ważne w fenomenologii Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC), gdzie są zwykle badane za pomocą symulacji Monte Carlo. Skala, w jakiej partony są poddawane hadronizacji, jest ustalana przez program Prysznic Monte Carlo. Typowymi wyborami Shower Monte Carlo są PYTHIA i HERWIG.

Zobacz też

Ten artykuł zawiera materiał z Scholarpedii.

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Parton_(particle_physics)&oldid=1140538880 ”