Партон (физика элементарных частиц) - Parton (particle physics)

В физика элементарных частиц, то партонная модель это модель адроны, Такие как протоны и нейтроны, предложено Ричард Фейнман. Это полезно для интерпретации каскадов излучения (a партонный душ) произведено из QCD процессы и взаимодействия при столкновении частиц высоких энергий.

Модель

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

Партонные души широко моделируются в Монте-Карло. генераторы событий, чтобы откалибровать и интерпретировать (и, следовательно, понять) процессы в экспериментах на коллайдерах.[1] Таким образом, имя также используется для обозначения алгоритмов, которые аппроксимируют или моделируют процесс.

Мотивация

Партонная модель была предложена Ричард Фейнман в 1969 г. как способ анализа столкновений адронов высоких энергий.[2] Любой адрон (например, протон ) можно рассматривать как композицию из ряда точечных составляющих, называемых «партонами». Партонная модель была немедленно применена к электрон -протон глубоконеупругое рассеяние к Bjorken и Пашос.[3]

Компонентные частицы

Адрон состоит из ряда точечных компонентов, называемых «партонами». Позже при экспериментальном наблюдении Скейлинг Бьёркена, проверка кварковая модель, и подтверждение асимптотическая свобода в квантовая хромодинамика, партоны были сопоставлены кварки и глюоны. Партонная модель остается приемлемым приближением при высоких энергиях, а другие модели расширили теорию на протяжении многих лет.[ВОЗ? ]

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 поэтому могут испускать дальнейшее излучение, что приводит к партонным ливням.[4][5][6]

Справочная рамка

Смотрите также: DGLAP

В адрон определяется в система отсчета где он имеет бесконечный импульс - подходящее приближение для высоких энергий. Таким образом, движение партона замедляется на замедление времени, а распределение заряда адронов равно Лоренц-контрактный, поэтому входящие частицы будут рассеиваться "мгновенно и некогерентно".[нужна цитата ]

Партоны определяются в соответствии с физическим масштабом (что подтверждается обратной величиной переданного импульса).[требуется разъяснение ] Например, кварк-партон на одном масштабе длины может оказаться суперпозицией кваркового партонного состояния с кварковым партоном и глюонного партонного состояния вместе с другими состояниями с большим количеством партонов на меньшем масштабе длины. Точно так же глюонный партон в одном масштабе может распадаться на суперпозицию глюонного партонного состояния, глюонного партона и состояния кварк-антикварк партонов и других многопартонных состояний. Из-за этого количество партонов в адроне фактически увеличивается с передачей импульса.[7] При низких энергиях (то есть на больших масштабах длины) барион содержит три валентных партона (кварка), а мезон содержит два валентных партона (кварк и антикварковый партон). Однако при более высоких энергиях наблюдения показывают морские партоны (не валентные партоны) в дополнение к валентным партонам.[8]

История

Партонная модель была предложена Ричард Фейнман в 1969 г., первоначально использовался для анализа столкновений высоких энергий.[2]Он был применен к электрон /протон глубоконеупругое рассеяние к Bjorken и Пашос.[3]Позже при экспериментальном наблюдении Скейлинг Бьёркена, проверка кварковая модель, и подтверждение асимптотическая свобода в квантовая хромодинамика, партоны были сопоставлены с кварками и глюонами. Партонная модель остается приемлемым приближением при высоких энергиях, а другие модели расширили теорию на протяжении многих лет.[как? ].

Было признано[когда? ] что партоны описывают одни и те же объекты, которые теперь чаще называют кварки и глюоны. Более подробное изложение свойств и физических теорий, косвенно относящихся к партонам, можно найти в разделе кварки.

Функции распределения партонов

В CTEQ6 функции распределения партонов в РС схема перенормировки и Q = 2 ГэВ для глюонов (красный), верхних (зеленый), нижних (синий) и странных (фиолетовый) кварков. График - произведение продольной доли импульса Икс и функции распределения ж против Икс.

Функция распределения партонов (PDF) в так называемом коллинеарная факторизация определяется как плотность вероятности для нахождения частицы с определенной долей продольного импульса Икс в масштабе разрешения Q2. Из-за присущего непертурбативный природу партонов, которые нельзя наблюдать как свободные частицы, плотности партонов нельзя вычислить с помощью пертурбативной КХД. Однако в рамках КХД можно исследовать изменение плотности партонов с масштабом разрешения, предоставляемым внешним зондом. Такая шкала, например, предоставляется виртуальный фотон с виртуальностью Q2 или струя. Масштаб может быть рассчитан по энергии и импульсу виртуального фотона или струи; чем больше импульс и энергия, тем меньше масштаб разрешения - это следствие теории Гейзенберга. принцип неопределенности. Было обнаружено, что изменение плотности партонов в зависимости от масштаба разрешения хорошо согласуется с экспериментом.[9]; 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 вычислить непосредственно в решеточная КХД используя эффективную теорию поля с большим импульсом.[10][11]

Экспериментально определенные функции распределения партонов доступны в различных группах по всему миру. Основные неполяризованные наборы данных:

  • ПРО С. Алехин, Дж. Блюмлейн, С. Мох
  • CTEQ, из сотрудничества CTEQ
  • GRV / GJR, от М. Глюк, П. Хименес-Дельгадо, Э. Рейя и А. Фогт
  • ГЕРА PDF-файлы, созданные совместно H1 и ZEUS из Deutsches Elektronen-Synchrotron center (DESY) в Германии
  • MSHT / MRST / MSTW / MMHT, из А. Д. Мартин, Р. Г. Робертс, У. Дж. Стирлинг, Р. С. Торн и соавторы
  • NNPDF, из сотрудничества NNPDF

В LHAPDF [12] библиотека предоставляет унифицированный и простой в использовании Фортран /C ++ интерфейс для всех основных наборов PDF.

Обобщенные партонные распределения (GPD) - это более свежий подход к лучшему пониманию адрон структуры, представляя распределения партонов как функции большего числа переменных, таких как поперечный импульс и вращение партона.[13] Они могут быть использованы для изучения спиновой структуры протона, в частности, правило сумм Джи связывает интеграл GPD с угловым моментом, переносимым кварками и глюонами.[14] Ранние названия включали «непрямое», «недиагональное» или «наклонное» партонное распределение. Доступ к ним осуществляется с помощью нового класса эксклюзивных процессов, в которых все частицы обнаруживаются в конечном состоянии, таких как глубоко виртуальное комптоновское рассеяние.[15] Обычные функции распределения партонов восстанавливаются путем обнуления (прямой предел) дополнительных переменных в обобщенных распределениях партонов. Другие правила показывают, что электрический форм-фактор, то 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.[16]

Моделирование

Моделирование партонных ливней используется в вычислительная физика элементарных частиц либо в автоматический расчет взаимодействия или распада частиц или же генераторы событий, и особенно важны в феноменологии LHC, где они обычно исследуются с помощью моделирования Монте-Карло. Масштаб отнесения партонов к адронизации фиксируется программой Shower Monte Carlo. Часто выбирают душ Монте-Карло: ПИФИЯ и ХЕРВИГ.[17][18]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Дэвисон Э. Сопер, Физика партонных ливней. Доступ 17 ноября 2013 г.
  2. ^ а б Фейнман, Р. П. (1969). «Поведение адронных столкновений при экстремальных энергиях». Столкновения высоких энергий: третья международная конференция в Стоуни-Брук, штат Нью-Йорк. Гордон и Брич. С. 237–249. ISBN  978-0-677-13950-0.
  3. ^ а б Bjorken, J .; Пашос, Э. (1969). «Неупругое электрон-протонное и γ-рассеяние и структура нуклона». Физический обзор. 185 (5): 1975–1982. Bibcode:1969ПхРв..185.1975Б. Дои:10.1103 / PhysRev.185.1975.
  4. ^ Брайан Уэббер (2011). Генераторы событий Монте-Карло партонного душа. Scholarpedia, 6 (12): 10662., Ред. № 128236.
  5. ^ *Генераторы событий Монте-Карло Parton Shower. Майк Сеймур, обучающее мероприятие MC4LHC EU Networks, 4–8 мая 2009 г.
  6. ^ *Феноменология коллайдерных экспериментов. Часть 5: генераторы MC В архиве 2012-07-03 в Wayback Machine, Фрэнк Краусс. Летняя школа HEP 31.8.-12.9.2008, RAL.
  7. ^ Дж. Алтарелли и Дж. Паризи (1977). «Асимптотическая свобода в партонном языке». Ядерная физика. B126 (2): 298–318. Bibcode:1977НуФБ.126..298А. Дои:10.1016/0550-3213(77)90384-4.
  8. ^ Drell, S.D .; Ян, Т.-М. (1970). «Массивное рождение лептонных пар в адрон-адронных столкновениях при высоких энергиях». Письма с физическими проверками. 25 (5): 316–320. Bibcode:1970ПхРвЛ..25..316Д. Дои:10.1103 / PhysRevLett.25.316. S2CID  16827178.
    И ошибка в Drell, S.D .; Ян, Т.-М. (1970). Письма с физическими проверками. 25 (13): 902. Bibcode:1970ПхРвЛ..25..902Д. Дои:10.1103 / PhysRevLett.25.902.2. OSTI  1444835.CS1 maint: журнал без названия (связь)
  9. ^ PDG: Ашенауэр, Торн и Йошида, (2019). «Структурные функции», онлайн.
  10. ^ Цзи, Сяндун (26.06.2013). "Физика партонов на евклидовой решетке". Письма с физическими проверками. 110 (26): 262002. arXiv:1305.1539. Bibcode:2013PhRvL.110z2002J. Дои:10.1103 / PhysRevLett.110.262002. PMID  23848864. S2CID  27248761.
  11. ^ Цзи, Сяндун (07.05.2014). "Физика партонов из теории эффективного поля с большими импульсами". Наука Китай Физика, механика и астрономия. 57 (7): 1407–1412. arXiv:1404.6680. Bibcode:2014SCPMA..57.1407J. Дои:10.1007 / s11433-014-5492-3. ISSN  1674-7348. S2CID  119208297.
  12. ^ Whalley, M. R .; Бурилков, Д; Группа, Р. К. (2005). «Аккорд Лез Уш в формате PDF (LHAPDF) и LHAGLUE»: arXiv: hep – ph / 0508110. arXiv:hep-ph / 0508110. Bibcode:2005hep.ph .... 8110 Вт. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  13. ^ DJE Callaway; С.Д. Эллис (1984). «Спиновая структура нуклона». Phys. Ред. D. 29 (3): 567–569. Bibcode:1984ПхРвД..29..567С. Дои:10.1103 / PhysRevD.29.567. S2CID  15798912.
  14. ^ Цзи, Сяндун (1997-01-27). "Калибровочно-инвариантное разложение спина нуклона". Письма с физическими проверками. 78 (4): 610–613. arXiv:hep-ph / 9603249. Bibcode:1997PhRvL..78..610J. Дои:10.1103 / PhysRevLett.78.610. S2CID  15573151.
  15. ^ Цзи, Сяндун (1 июня 1997 г.). «Глубоко виртуальное комптоновское рассеяние». Физический обзор D. 55 (11): 7114–7125. arXiv:hep-ph / 9609381. Bibcode:1997PhRvD..55.7114J. Дои:10.1103 / PhysRevD.55.7114. S2CID  1975588.
  16. ^ Белицкий, А. В .; Радюшкин, А. В. (2005). «Распутывающаяся структура адронов с обобщенными партонными распределениями». Отчеты по физике. 418 (1–6): 1–387. arXiv:hep-ph / 0504030. Bibcode:2005ФР ... 418 .... 1Б. Дои:10.1016 / j.physrep.2005.06.002. S2CID  119469719.
  17. ^ Йохан Алвалл, Полная симуляция событий коллайдера, стр. 33. Школа НТУ MadGraph, 25–27 мая 2012 г.
  18. ^ М Моретти.Недооценка событий на LHC: инструменты Parton Showers и Matrix Element для моделирования физики на адронных коллайдерах, п. 19. 28.11.2006.

Эта статья содержит материалы из Scholarpedia.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка