Parton (částicová fyzika) - Parton (particle physics)

Ve fyzice částic je partonového modelu je model hadronů , jako jsou protony a neutrony , navržených Richard Feynman . Je to užitečné pro interpretaci kaskád záření ( partonová sprcha ) produkovaného procesy QCD a interakcí při srážkách částic s vysokou energií.

Modelka

Rozptyl částice vidí pouze valenční partony. Při vyšších energiích rozptylující částice detekují také mořské partony.

Sprchy Parton jsou extenzivně simulovány v generátorech událostí Monte Carlo , aby bylo možné kalibrovat a interpretovat (a tedy porozumět) procesy v experimentech s urychlovačem. Název se jako takový také používá k označení algoritmů, které proces přibližují nebo simulují.

Motivace

Model parton navrhl Richard Feynman v roce 1969 jako způsob analýzy vysokoenergetických srážek hadronů. Jakýkoli hadron (například proton ) lze považovat za složení řady bodových složek, nazývaných „partony“. Model Parton byl okamžitě aplikován na elektrony - proton hluboce nepružný rozptyl od Björken a Paschos .

Komponentní částice

Hadron se skládá z řady bodových složek, nazývaných „partony“. Později, s experimentálním pozorováním Bjorkenova škálování , validací modelu kvarku a potvrzením asymptotické svobody v kvantové chromodynamice , byly partony sladěny s kvarky a gluony . Partonův model zůstává ospravedlnitelnou aproximací při vysokých energiích a další tuto teorii v průběhu let rozšířily.

Stejně jako zrychlené elektrické náboje vyzařují QED záření (fotony), zrychlené barevné partony budou vyzařovat QCD záření ve formě gluonů. Na rozdíl od nenabitých fotonů samotné gluony nesou barevné náboje, a proto mohou vyzařovat další záření, což vede k partonovým sprchám.

Referenční rámec

Viz také: DGLAP

Hadron je definován v referenčním snímku , kde má nekonečný hybnost-platné aproximace při vysokých energiích. Pohyb partonu je tedy zpomalen časovou dilatací a distribuce hadronového náboje je Lorentzova kontrakce , takže přicházející částice budou rozptýleny „okamžitě a nesouvisle“.

Partony jsou definovány s ohledem na fyzickou stupnici (jak je zjišťováno inverzí přenosu hybnosti). Například kvarkový parton v jedné délkové stupnici se může ukázat jako superpozice stavu kvarkové partony s kvarkovým partonem a gluonovým partonovým stavem spolu s dalšími státy s více partony v měřítku menší délky. Podobně se gluonový parton v jednom měřítku může rozložit na superpozici stavu gluonového partonu, gluonového partonu a kvark-antikvarkového partonu a dalších multipartonových stavů. Z tohoto důvodu počet partonů v hadronu ve skutečnosti stoupá s přenosem hybnosti. Při nízkých energiích (tj. Šupiny s velkou délkou) obsahuje baryon tři valenční partony (kvarky) a mezon obsahuje dva valenční partony (kvark a antikvarkový parton). Při vyšších energiích však pozorování kromě valenčních partonů ukazují i mořské partony (nevalenční partony).

Dějiny

Model parton navrhl Richard Feynman v roce 1969, původně používaný pro analýzu vysokoenergetických kolizí. To byl aplikován na elektron / proton hluboce nepružný rozptyl od Björken a Paschos. Později, s experimentálním pozorováním Bjorkenova škálování , validací modelu kvarku a potvrzením asymptotické svobody v kvantové chromodynamice , byly partony přizpůsobeny kvarkům a gluonům. Partonův model zůstává ospravedlnitelnou aproximací při vysokých energiích a další tuto teorii v průběhu let rozšířily.

Bylo zjištěno, že partony popisují stejné objekty, nyní běžněji označované jako kvarky a gluony . Podrobnější představení vlastností a fyzikálních teorií nepřímo vztahujících se k partonům najdete pod kvarky .

Funkce rozdělení partonů

Distribuce partonů CTEQ6 funguje ve schématu renormalizace MS a Q  = 2 GeV pro gluony (červená), nahoru (zelená), dolů (modrá) a podivné (fialové) kvarky. Vynesen je součin podílu podélné hybnosti x a distribučních funkcí f proti x .

Funkce rozdělení partonů (PDF) v rámci tzv. Kolineární faktorizace je definována jako hustota pravděpodobnosti pro nalezení částice s určitým podílem podélného hybnosti x na rozlišovací stupnici Q 2 . Kvůli inherentní neporuchové povaze partonů, kterou nelze pozorovat jako volné částice, nelze partonové hustoty vypočítat pomocí poruchové QCD. V rámci QCD je však možné studovat variace partonové hustoty s rozlišovací stupnicí poskytovanou externí sondou. Takové měřítko poskytuje například virtuální foton s virtualitou Q 2 nebo proud . Stupnici lze vypočítat z energie a hybnosti virtuálního fotonu nebo paprsku; čím větší hybnost a energie, tím menší škála rozlišení - to je důsledek Heisenbergova principu nejistoty . Bylo zjištěno, že variace hustoty partonů s rozlišovací stupnicí dobře souhlasí s experimentem; toto je důležitý test QCD.

Funkce distribuce partonů se získají přizpůsobením pozorovatelných experimentálních dat; nelze je vypočítat pomocí rušivého QCD. Nedávno bylo zjištěno, že je lze vypočítat přímo v mřížkové QCD pomocí teorie efektivního pole velké hybnosti.

Experimentálně určené funkce distribuce partonů jsou dostupné z různých skupin po celém světě. Hlavní nepolarizované datové sady jsou:

LHAPDF knihovna poskytuje jednotné a snadno použitelné Fortran / C ++ rozhraní pro všech hlavních sestav ve formátu PDF.

Zobecněné distribuce partonů (GPD) jsou novější přístup k lepšímu pochopení struktury hadronu tím, že reprezentují rozdělení partonů jako funkce více proměnných, jako je příčná hybnost a rotace partonu. Mohou být použity ke studiu spinové struktury protonu, zejména pravidlo součtu Ji spojuje integrál GPD s momentem hybnosti neseným kvarky a gluony. Rané názvy zahrnovaly distribuce „non-forward“, „non-diagonal“ nebo „skewed“ parton. Jsou přístupné prostřednictvím nové třídy exkluzivních procesů, pro které jsou všechny částice detekovány v konečném stavu, jako je hluboce virtuální Comptonův rozptyl. Obyčejné funkce distribuce partonů jsou obnoveny nastavením na nulu (přední limit) extra proměnných v generalizovaných distribucích partonů. Další pravidla ukazují, že elektrický tvarový faktor , magnetický tvarový faktor nebo dokonce tvarové faktory spojené s tenzorem energie-hybnosti jsou také zahrnuty v GPD. Úplný trojrozměrný obraz partonů uvnitř hadronů lze také získat z GPD.

Simulace

Simulace Partonových sprch jsou užitečné ve výpočetní fyzice částic buď při automatickém výpočtu interakce částic nebo generátorů úpadku nebo událostí a jsou zvláště důležité v fenomenologii LHC, kde jsou obvykle zkoumány pomocí simulace Monte Carlo. Rozsah, ve kterém jsou partony dány hadronizaci, je stanoven programem Sprcha Monte Carlo. Společné možnosti sprchy Monte Carlo jsou PYTHIA a HERWIG .

Viz také

Reference

Tento článek obsahuje materiál ze Scholarpedie.

Další čtení

externí odkazy