В физике элементарных частиц партонная модель — это модель адронов , таких как протоны и нейтроны , предложенная Ричардом Фейнманом . Это полезно для интерпретации каскадов излучения ( партонного ливня ), возникающих в результате процессов квантовой хромодинамики (КХД) и взаимодействий при столкновениях частиц высоких энергий.
Партонные ливни широко моделируются в генераторах событий Монте-Карло , чтобы калибровать и интерпретировать (и, таким образом, понимать) процессы в экспериментах на коллайдере. [1] Таким образом, это название также используется для обозначения алгоритмов, которые аппроксимируют или моделируют процесс.
Партонная модель была предложена Ричардом Фейнманом в 1969 году как способ анализа адронных столкновений высоких энергий. [2] Любой адрон (например, протон ) можно рассматривать как композицию ряда точечных составляющих, называемых «партонами». Партонная модель была немедленно применена к глубоконеупругому рассеянию электронов и протонов Джеймсом Бьоркеном и Эммануэлем Энтони Пашосом. [3]
Адрон состоит из ряда точечных составляющих, называемых «партонами». Позже, с экспериментальным наблюдением скейлинга Бьоркена , подтверждением модели кварков и подтверждением асимптотической свободы в квантовой хромодинамике , партоны были сопоставлены с кварками и глюонами . Партонная модель остается оправданным приближением при высоких энергиях, а другие ученые с годами расширили эту теорию. [ ВОЗ? ]
Точно так же, как ускоренные электрические заряды испускают КЭД-излучение (фотоны), ускоренные цветные партоны будут излучать КХД-излучение в форме глюонов. В отличие от незаряженных фотонов, глюоны сами несут цветные заряды и, следовательно, могут испускать дальнейшее излучение, приводящее к партонным ливням. [4] [5] [6]
Адрон определяется в системе отсчета , где он имеет бесконечный импульс — допустимое приближение при высоких энергиях. Таким образом, движение партона замедляется из-за замедления времени , а распределение заряда адронов является лоренц-сжатым , поэтому налетающие частицы будут рассеиваться «мгновенно и бессвязно». [ нужна цитата ]
Партоны определяются в физическом масштабе (что подтверждается обратной передачей импульса). [ необходимо разъяснение ] Например, кварк-партон в одном масштабе длины может оказаться суперпозицией состояния кварк-партона с кварковым партоном и состояния глюон-партона вместе с другими состояниями с большим количеством партонов в меньшем масштабе длины. Точно так же глюонный партон в одном масштабе может распадаться на суперпозицию состояния глюонного партона, состояния глюонного партона и кварк-антикваркового партона и других многопартонных состояний. Из-за этого число партонов в адроне фактически увеличивается с передачей импульса. [7] При низких энергиях (т.е. больших масштабах длин) барион содержит три валентных партона (кварка), а мезон — два валентных партона (кварк и антикварковый партон). Однако при более высоких энергиях наблюдения помимо валентных партонов обнаруживают морские партоны (невалентные партоны). [8]
Партонная модель была предложена Ричардом Фейнманом в 1969 году и первоначально использовалась для анализа столкновений при высоких энергиях. [2] Его применили к глубоко неупругому рассеянию электронов и протонов Джеймсом Бьёркеном и Пашосом. [3] Позже, с экспериментальным наблюдением скейлинга Бьоркена , подтверждением кварковой модели и подтверждением асимптотической свободы в квантовой хромодинамике, партоны были сопоставлены с кварками и глюонами. Партонная модель остается оправданным приближением при высоких энергиях, а другие страны с годами расширяли эту теорию [ как? ] .
Мюррей Гелл-Манн предпочитал использовать термин «надставки» для обозначения партонов. [9]
Бьоркен и Пашос признали [3] , что партоны описывают одни и те же объекты, которые сейчас чаще называют кварками и глюонами. Более подробное изложение свойств и физических теорий, имеющих косвенное отношение к партонам, можно найти в разделе «Кварки» .
В 1994 году Леонард Сасскинд использовал партоны для моделирования голографии . [10]
Функция распределения партонов (PDF) в рамках так называемой коллинеарной факторизации определяется как плотность вероятности обнаружения частицы с определенной долей продольного импульса x в масштабе разрешения Q 2 . Из-за присущей партонам непертурбативной природы, которые нельзя наблюдать как свободные частицы, плотности партонов невозможно рассчитать с помощью пертурбативной КХД. Однако в рамках КХД можно изучать изменение плотности партонов со шкалой разрешения, обеспечиваемой внешним зондом. Такой масштаб обеспечивает, например, виртуальный фотон с виртуальностью Q2 или реактивный самолет . Масштаб можно рассчитать 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 партонов в зависимости от масштаба разрешения хорошо согласуется с экспериментом; [11] это важный тест КХД.
Функции распределения партонов получаются путем подгонки наблюдаемых к экспериментальным данным; их нельзя вычислить с помощью пертурбативной КХД. Недавно было обнаружено, что их можно рассчитать непосредственно в решеточной КХД с использованием теории эффективного поля с большим импульсом. [12] [13]
Экспериментально определенные функции распределения партонов доступны от различных групп по всему миру. Основными наборами неполяризованных данных являются:
Библиотека LHAPDF [14] предоставляет унифицированный и простой в использовании интерфейс Fortran / C++ для всех основных наборов PDF.
Обобщенные распределения партонов (GPD) — это более новый подход, позволяющий лучше понять структуру адронов , представляя распределения партонов как функции большего количества переменных, таких как поперечный импульс и спин партона. [15] Их можно использовать для изучения спиновой структуры протона, в частности, правило сумм Джи связывает интеграл ГПД с угловым моментом, переносимым кварками и глюонами. [16] Ранние названия включали «непрямое», «недиагональное» или «перекошенное» партонное распределение. Доступ к ним осуществляется через новый класс эксклюзивных процессов, в которых все частицы обнаруживаются в конечном состоянии, таких как глубоко виртуальное комптоновское рассеяние. [17] Обычные функции распределения партонов восстанавливаются путем обнуления (прямой предел) дополнительных переменных в обобщенных распределениях партонов. Другие правила показывают, что электрический форм-фактор , магнитный форм-фактор или даже форм-факторы, связанные с тензором энергии-импульса, также включены в GPD. Полное трехмерное изображение партонов внутри адронов также можно получить с помощью GPD. [18]
Моделирование партонных ливней используется в вычислительной физике частиц либо для автоматического расчета взаимодействия частиц, либо для распадов , либо для генераторов событий , и особенно важно в феноменологии большого адронного коллайдера (БАК), где они обычно исследуются с использованием моделирования Монте-Карло. Масштаб отдачи партонов в адронизацию фиксируется программой Shower Monte Carlo. Распространенными вариантами душа Monte Carlo являются PYTHIA и HERWIG. [19] [20]
{{cite journal}}: CS1 maint: периодическое издание без названия ( ссылка )В этой статье использованы материалы из Scholarpedia.