Партон (физика элементарных частиц)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Перейти к навигации Перейти к поиску

В физике элементарных частиц модельПартона -это модель адронов, таких как протоны и нейтроны, предложенная Ричардом Фейнманом. Он полезен для интерпретации каскадов излучения (партонного ливня), образующихся в результате процессов и взаимодействий КХД при столкновениях частиц высоких энергий.

Содержание

• 1Модель
• 1.1Мотивация
• 1.2Составные частицы
• 1.3Система отсчета
• 2История
• 3Функции распределения Партона
• 4Моделирование
• 5См. также
• 6Ссылки
• 7дальнейшее чтение
• 8Внешние ссылки

Модель[ править ]

Рассеивающая частица видит только валентные партоны. При более высоких энергиях рассеивающие частицы также обнаруживают морские партоны.

Партонные ливни широко моделируются в генераторах событий Монте-Карло для калибровки и интерпретации (и, таким образом, понимания) процессов в экспериментах на коллайдерах. ^[1] Как таковое, это название также используется для обозначения алгоритмов, которые аппроксимируют или имитируют процесс.

Мотивация [ править ]

Модель Партона была предложена Ричардом Фейнманом в 1969 году как способ анализа высокоэнергетических адронных столкновений. ^[2] Любой адрон (например, протон) можно рассматривать как состав ряда точечных составляющих, называемых "партонами". Модель Партона была немедленно применена Бьоркеном и Пашосом к электронно- протонному глубокому неупругому рассеянию. ^]

Составные частицы [ править ]

Адрон состоит из ряда точечных составляющих, называемых "партонами". Позже, с экспериментальным наблюдением масштабирования Бьоркена, проверкой кварковоймоделии подтверждением асимптотической свободы в квантовой хромодинамике, партоны были сопоставлены с кварками и глюонами. Модель Партона остается оправданным приближением при высоких энергиях, и другие расширили теорию на протяжении многих лет.^{- " кто? ]}

Подобно тому, как ускоренные электрические заряды испускают КЭД-излучение (фотоны), ускоренные цветные партоны будут испускать КХД-излучение в форме глюонов. В отличие от незаряженных фотонов, глюоны сами несут цветные заряды и поэтому могут испускать дополнительное излучение, приводящее к партонным ливням. ^{[4] [5] [6]}

Система отсчета [ править ]

См. также: DGLAP

Адрон определяется в системе отсчета, где он имеет бесконечный импульс—допустимое приближение при высоких энергиях. Таким образом, движение партона замедляется замедлением времени, а распределение заряда адрона сжимается по Лоренцу, поэтому входящие частицы будут рассеиваться "мгновенно и бессвязно".^]

Партоны определяются относительно физического масштаба (как исследуется обратная передача импульса).^] Например, кварковыйпартон в одном масштабе длины может оказаться суперпозицией кварковогопартонного состояния с кварковымпартоном и глюоннымпартонным состоянием вместе с другими состояниями с большим количеством партонов в меньшем масштабе длины. Аналогично, глюонныйпартон в одном масштабе может распадаться на суперпозицию глюонногопартонного состояния, глюонногопартона и кварк-антикварковогопартонного состояния и других многопартонных состояний. Из-за этого число партонов в адроне фактически увеличивается с передачей импульса. ^] При низких энергиях (т. е. больших масштабах длины) барион содержит три валентных партона (кварки), а мезон-два валентных партона (кварк и антикварк-партон). Однако при более высоких энергиях наблюдения показывают морские партоны (невалентныепартоны) в дополнение к валентным партонам. ^[8]

История[edit]

Модель Партона была предложена Ричардом Фейнманом в 1969 году и первоначально использовалась для анализа высокоэнергетических столкновений. ^[2] Он был применен к глубокому неупругому рассеянию электронов / протонов Бьоркеном и Пашосом.Позже, с экспериментальным наблюдением масштабирования Бьоркена, проверкой кварковоймоделии подтверждением асимптотической свободы в квантовой хромодинамике, партоны были сопоставлены с кварками и глюонами. Модель Партона остается оправданным приближением при высоких энергиях, и другие расширили теорию на протяжении многих лет^{[ как? ]}.

Это было признано^{[ когда? ]} что партоны описывают одни и те же объекты, которые теперь чаще называют кварками и глюонами. Более подробное изложение свойств и физических теорий, косвенно относящихся к партонам, можно найти в разделе кварки.

Функции распределения Партона[ править ]

Функции распределения партонов CTEQ6 в схеме перенормировки MS и Q = 2 ГэВ для глюонов (красный), вверх (зеленый), вниз (синий) и странных (фиолетовый) кварков. На графике изображено произведение продольной доли импульса x и функций распределения f по отношению к x.

Функция распределения партона (PDF) в рамках так называемой коллинеарной факторизации определяется как плотность вероятности нахождения частицы с определенной долей продольного импульса x в масштабе разрешения Q2. Из-за присущей непертурбативной природы партонов, которые не могут наблюдаться как свободные частицы, плотности партонов не могут быть вычислены с помощью пертурбативной КХД. Однако в рамках КХД можно изучать изменение плотности партона со шкалой разрешения, обеспечиваемой внешним зондом. Такой масштаб обеспечивается например виртуальным фотоном с виртуальностью Q² или струей Масштаб может быть вычислен по энергии и импульсу виртуального фотона или струи; чем больше импульс и энергия, тем меньше масштаб разрешения—это следствие принципа неопределенности Гейзенберга. Было обнаружено, что изменение плотности партона со шкалой разрешения хорошо согласуется с экспериментом; ^[9] это важный тест КХД.

Функции распределения Партона получаются путем подгонки наблюдаемых к экспериментальным данным; они не могут быть вычислены с помощью пертурбативной КХД. Недавно было обнаружено, что они могут быть вычислены непосредственно в решеточной КХД с использованием теории эффективного поля с большим импульсом ^{[10] [11]}

Экспериментально определенные функции распределения партона доступны из различных групп по всему миру. Основными неполяризованными наборами данных являются:

• ПРО С. Алехина, Дж. Блюмлейна, С. Моха
• CTEQ, от сотрудничества CTEQ
• GRV/GJR, от М. Глюк, П. Хименес-Дельгадо, Э. Рея и А. Фогт
• PDF-файлы HERA, созданные H1 и ZEUS совместно с DeutschesElektronen-Synchrotroncenter (DESY) в Германии
• MSHT/MRST/MSTW/MMHT, от A. D. Martin, R. G. Roberts, W. J. Stirling, R. S. Thorne исоавторов
• NNPDF, из совместной работы NNPDF

Библиотека LHAPDF ^[12] предоставляет унифицированный и простой в использовании интерфейс Fortran / C++ для всех основных наборов PDF-файлов.

Обобщенные партонные распределения (GPDS) - это более поздний подход к лучшему пониманию структуры адрона, представляющий партонные распределения как функции большего числа переменных, таких как поперечный импульс и спин партона. ^[13] Они могут быть использованы для изучения спиновой структуры протона, в частности, правило суммы Джи связывает интеграл GPDs с угловым моментом, переносимым кварками и глюонами. ^[14] Ранние названия включали "не-прямые", "не-диагональные" или "перекошенные" распределения партона. Доступ к ним осуществляется через новый класс исключительных процессов, для которых все частицы обнаруживаются в конечном состоянии, таких как глубоко виртуальное комптоновское рассеяние. ^[15] Обычные функции распределения партона восстанавливаются путем установки на ноль (прямой предел) дополнительных переменных в обобщенных распределениях партона. Другие правила показывают, что электрический форм-фактор, магнитный форм - фактор, или даже форм-факторы, связанные с тензором энергии-импульса, также включены в GPDS. Полное 3-мерное изображение партонов внутри адронов также может быть получено из GPDS ^[16]

Моделирование[ править ]

Моделирование партоновских ливней используется в вычислительной физике частиц либо для автоматического расчета взаимодействия частиц, распада или генераторов событий, и особенно важно в феноменологии БАК, где они обычно исследуются с помощью моделирования Монте-Карло. Масштаб, в котором партоны отдаются адронизации, фиксируется программой Монте-Карло Ливня. Распространенные варианты душа Монте-Карло-это ПИФИЯ и ХЕРВИГ. ^{[17] [18]}

См. также[ править ]

• Адронизация
• Струя (физика элементарных частиц)
• Душ частиц

Ссылки[ править ]

1. ^ Дэвисон Э. Сопер, Физика партоновских ливней. Дата обращения: 17 ноября 2013 года.

2. ^ Перейти к:^{a b} Фейнман, Р. П. (1969). "Поведение адронных столкновений при экстремальных энергиях". Столкновения высоких энергий: Третья Международная конференция в Стоуни-Брук, Нью-Йорк. Gordon&Breach. pp. 237-249. ISBN 978-0-677-13950-0.

3. ^ Перейтик:^{a b} Bjorken, J.; Paschos, E. (1969). "Неупругое электрон-протонное и γ - протонноерассеяниеиструктурануклона ". Физический обзор. 185 (5): 1975-1982. Bibcode: 1969PhRv..185.1975 B. doi: 10.1103/PhysRev.185.1975.