Партон (физика элементарных частиц)

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.

История

Партонная модель была предложена Ричардом Фейнманом в 1969 году и первоначально использовалась для анализа столкновений адронов высоких энергий. ^[1] Его применили к электронов и протонов глубоконеупругому рассеянию Джеймс Бьоркен и Эммануэль Энтони Пашос. ^[2] Позже, с экспериментальным наблюдением скейлинга Бьёркена , проверкой модели кварков и подтверждением асимптотической свободы в квантовой хромодинамике , партоны были сопоставлены с кварками и глюонами . Партонная модель остается оправданным приближением при высоких энергиях, и другие ^{[ ВОЗ? ]} расширили теорию ^{[ как? ]} на протяжении многих лет.

Мюррей Гелл-Манн предпочитал использовать термин «надставки» для обозначения партонов. ^[3]

В 1994 году партоны были использованы Леонардом Сасскиндом для моделирования голографии . ^[4]

Модель

Любой адрон (например, протон ) можно рассматривать как композицию ряда точечных составляющих, называемых «партонами».

Частицы компонентов

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. ^[5]^[6]^[7]

Система отсчета

Адрон , где он имеет определяется в системе отсчета 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 некогерентно». ^{[ нужна ссылка ]}

Партоны определяются в физическом масштабе (что подтверждается обратной передачей импульса). ^{[ нужны разъяснения ]} Например, кварк-партон на одном масштабе длины может оказаться суперпозицией состояния кварк-партона с кварковым партоном и состояния глюон-партона вместе с другими состояниями с большим количеством партонов на 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. ^[8] 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 обнаруживают морские партоны (невалентные партоны). помимо валентных партонов ^[9]

Функции распределения партонов

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 Q ² или на самолете . 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; ^[10] 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. ^[11]^[12]

Экспериментально определенные функции распределения партонов доступны от различных групп по всему миру. Основными наборами неполяризованных данных являются:

ABM. Архивировано 19 января 2022 г. в Wayback Machine. Авторы: С. Алехин, Дж. Блюмлейн, С. Мох.
CTEQ , от сотрудничества CTEQ
ГРВ/ГЖР ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}, от М. Глюка, П. Хименеса-Дельгадо, Э. Рейя и А. Фогта.
PDF-файлы HERA , созданные в результате сотрудничества H1 и ZEUS из Немецкого электронного синхротронного центра (DESY) в Германии.
MSHT/MRST/MSTW/MMHT , от А. Д. Мартина , Р. Г. Робертса, У. Дж. Стирлинга, Р. С. Торна и соавторов.
NNPDF , из сотрудничества NNPDF

ЛХАПДФ ^[13] библиотека 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. ^[14] Их можно использовать для изучения спиновой структуры протона, в частности, правило сумм Джи связывает интеграл ГПД с угловым моментом, переносимым кварками и глюонами. ^[15] 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. ^[16] Обычные функции распределения партонов восстанавливаются путем установки нуля (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. ^[17]

Моделирование

Моделирование партонных ливней используется в вычислительной физике частиц либо для автоматического расчета взаимодействия частиц или распада , либо для генераторов событий , чтобы калибровать и интерпретировать (и, таким образом, понимать) процессы в экспериментах на коллайдере. ^[18] Они особенно важны в феноменологии большого адронного коллайдера (БАК), где их обычно исследуют с помощью моделирования Монте-Карло.

Масштаб отдачи партонов в адронизацию фиксируется программой Shower Monte Carlo. Распространенными вариантами душа Monte Carlo являются PYTHIA и HERWIG. ^[19]^[20]

См. также

Ссылки

^ Фейнман, Р.П. (1969). «Поведение адронных столкновений при экстремальных энергиях». Столкновения при высоких энергиях: Третья международная конференция в Стоуни-Брук, штат Нью-Йорк . Гордон и Брич . стр. 237–249. ISBN 978-0-677-13950-0 .
^ Бьоркен Дж.; Пашос, Э. (1969). «Неупругое электрон-протонное и γ-протонное рассеяние и структура нуклона». Физический обзор . 185 (5): 1975–1982. Бибкод : 1969PhRv..185.1975B . doi : 10.1103/PhysRev.185.1975 .
^ «Вспоминая Мюррея Гелл-Манна (1929–2019), изобретателя кварков — сочинения Стивена Вольфрама» . сочинения.stephenwolfram.com . 30 мая 2019 г. Проверено 2 февраля 2024 г.
^ Сасскинд, Леонард (1995). «Мир как голограмма». Журнал математической физики . 36 (11): 6377–6396. arXiv : hep-th/9409089 . Бибкод : 1995JMP....36.6377S . дои : 10.1063/1.531249 . S2CID 17316840 .
^
Брайан Уэббер (2011). Партонный душ Генераторы событий Монте-Карло. Scholarpedia, 6(12):10662., редакция № 128236.
- Архивировано 2 апреля 2013 г. в Wayback Machine.
^ Генераторы событий Монте-Карло Parton Shower. Майк Сеймур, обучающее мероприятие MC4LHC EU Networks4–8 мая 2009 г.
^ Феноменология в экспериментах на коллайдере. Часть 5: Генераторы MC. Архивировано 3 июля 2012 г. в Wayback Machine , Фрэнк Краусс. Летняя школа ФЭФ 31.8.-12.9.2008, RAL.
^ Дж. Альтарелли и Г. Паризи (1977). «Асимптотическая свобода в партонном языке». Ядерная физика . Б126 (2): 298–318. Бибкод : 1977НуФБ.126..298А . дои : 10.1016/0550-3213(77)90384-4 .
^ Дрелл, SD; Ян, Т.-М. (1970). «Массивное рождение лептонных пар в адроно-адронных столкновениях при высоких энергиях». Письма о физических отзывах . 25 (5): 316–320. Бибкод : 1970PhRvL..25..316D . дои : 10.1103/PhysRevLett.25.316 . ОСТИ 1444835 . S2CID 16827178 .
И опечатка в Дрелл, SD; Ян, Т.-М. (1970). Письма о физических отзывах . 25 (13): 902. Бибкод : 1970PhRvL..25..902D . дои : 10.1103/PhysRevLett.25.902.2 . ОСТИ 1444835 . {{cite journal}}: CS1 maint: периодическое издание без названия ( ссылка )
^ PDG : Ашенауэр, Торн и Йошида (2019). «Структурные функции», онлайн .
^ Цзи, Сяндун (26 июня 2013 г.). «Партонная физика на евклидовой решетке». Письма о физических отзывах . 110 (26): 262002. arXiv : 1305.1539 . Бибкод : 2013PhRvL.110z2002J . doi : 10.1103/PhysRevLett.110.262002 . ПМИД 23848864 . S2CID 27248761 .
^ Цзи, Сяндун (07 мая 2014 г.). «Физика партонов из теории эффективного поля с большим импульсом». Наука Китай Физика, механика и астрономия . 57 (7): 1407–1412. arXiv : 1404.6680 . Бибкод : 2014SCPMA..57.1407J . дои : 10.1007/s11433-014-5492-3 . ISSN 1674-7348 . S2CID 119208297 .
^ Уолли, MR; Бурилков Д.; Группа, РЦ (2005). «Ле Уш согласовывает PDF-файлы (LHAPDF) и LHAGLUE». arXiv : hep-ph/0508110 .
^ DJE Каллауэй; С.Д. Эллис (1984). «Спиновая структура нуклона». Физ. Преподобный Д. 29 (3): 567–569. Бибкод : 1984PhRvD..29..567C . дои : 10.1103/PhysRevD.29.567 . S2CID 15798912 .
^ Цзи, Сяндун (27 января 1997 г.). «Калибровочно-инвариантное разложение спина нуклона». Письма о физических отзывах . 78 (4): 610–613. arXiv : hep-ph/9603249 . Бибкод : 1997PhRvL..78..610J . doi : 10.1103/PhysRevLett.78.610 . S2CID 15573151 .
^ Цзи, Сяндун (1 июня 1997 г.). «Глубоко виртуальное комптоновское рассеяние». Физический обзор D . 55 (11): 7114–7125. arXiv : hep-ph/9609381 . Бибкод : 1997PhRvD..55.7114J . дои : 10.1103/PhysRevD.55.7114 . S2CID 1975588 .
^ Белицкий А.В.; Радюшкин А.В. (2005). «Раскрытие адронной структуры с помощью обобщенных партонных распределений». Отчеты по физике . 418 (1–6): 1–387. arXiv : hep-ph/0504030 . Бибкод : 2005ФР...418....1Б . doi : 10.1016/j.physrep.2005.06.002 . S2CID 119469719 .
^ Сопер, Дэвисон Э. (июнь 2009 г.). «Физика партонных ливней» (PDF) . Пенсильванский государственный университет . Архивировано из оригинала (PDF) 24 мая 2011 года . Проверено 17 ноября 2013 г.
↑ Йохан Алвалл, Полная симуляция событий коллайдера , стр. 33. Школа NTU MadGraph, 25–27 мая 2012 г.
^ М Моретти. Понимание событий на БАК: Партонные ливни и инструменты матричного элемента для физического моделирования на адронных коллайдерах , ^{[ мертвая ссылка ]} п. 19. 28.11.2006.

В этой статье использованы материалы из Scholarpedia.

Дальнейшее чтение

Глюк, М.; Рейя, Э.; Фогт, А. (1998). «Возвращение к динамическому партонному распределению». Европейский физический журнал C . 5 (3): 461–470. arXiv : hep-ph/9806404 . Бибкод : 1998EPJC....5..461G . дои : 10.1007/s100529800978 . S2CID 119842774 .
Худбхой, Пенсильвания (2006). «Обобщенные партонные распределения» (PDF) . Национальный центр физики и Университет Каид-и-Азам . Архивировано из оригинала (PDF) 31 марта 2017 г. Проверено 6 апреля 2011 г.
Джи, X. (2004). «Обобщенные партонные распределения» . Ежегодный обзор ядерной науки и науки о элементарных частицах . 54 : 413–450. arXiv : hep-ph/9807358 . Бибкод : 2004ARNPS..54..413J . дои : 10.1146/annurev.nucl.54.070103.181302 .
Кретцер, С.; Лай, Х.; Олнесс, Ф.; Тунг, В. (2004). «Распределение партонов CTEQ6 с массовыми эффектами тяжелых кварков». Физический обзор D . 69 (11): 114005. arXiv : hep-ph/0307022 . Бибкод : 2004PhRvD..69k4005K . дои : 10.1103/PhysRevD.69.114005 . S2CID 119379329 .
Мартин, AD; Робертс, Р.Г.; Стирлинг, WJ; Торн, RS (2005). «Партонные распределения, включающие вклады КЭД». Европейский физический журнал C . 39 (2): 155–161. arXiv : hep-ph/0411040 . Бибкод : 2005EPJC...39..155M . дои : 10.1140/epjc/s2004-02088-7 . S2CID 14743824 .

Внешние ссылки

Фельтесс, Жоэль (2010). «Введение в функции распределения партонов» . Схоларпедия . 5 (11): 10160. Бибкод : 2010SchpJ...510160F . doi : 10.4249/scholarpedia.10160 . ISSN 1941-6016 .
Физика генератора событий ( http://www.hep.phy.cam.ac.uk/theory/webber/MCnet/MClecture2.pdf )
«Введение в КХД» . люди.phys.ethz.ch. Проверено 4 августа 2022 г.
http://www.kceta.kit.edu/grk1694/img/2013_10_01_Hangst.pdf
http://d-nb.info/1008230227/34
Маркантонини, Клаудио (2010). Применение SCET к партонным ливням (Диссертация). Массачусетский технологический институт. hdl : 1721.1/62649 .

[feynman-1] Фейнман, Р.П. (1969). «Поведение адронных столкновений при экстремальных энергиях». Столкновения при высоких энергиях: Третья международная конференция в Стоуни-Брук, штат Нью-Йорк . Гордон и Брич . стр. 237–249. ISBN 978-0-677-13950-0 .

[bjorken-2] Бьоркен Дж.; Пашос, Э. (1969). «Неупругое электрон-протонное и γ-протонное рассеяние и структура нуклона». Физический обзор . 185 (5): 1975–1982. Бибкод : 1969PhRv..185.1975B . doi : 10.1103/PhysRev.185.1975 .

[3] «Вспоминая Мюррея Гелл-Манна (1929–2019), изобретателя кварков — сочинения Стивена Вольфрама» . сочинения.stephenwolfram.com . 30 мая 2019 г. Проверено 2 февраля 2024 г.

[4] Сасскинд, Леонард (1995). «Мир как голограмма». Журнал математической физики . 36 (11): 6377–6396. arXiv : hep-th/9409089 . Бибкод : 1995JMP....36.6377S . дои : 10.1063/1.531249 . S2CID 17316840 .

[5] Брайан Уэббер (2011). Партонный душ Генераторы событий Монте-Карло. Scholarpedia, 6(12):10662., редакция № 128236.
Архивировано 2 апреля 2013 г. в Wayback Machine.

[6] Архивировано 2 апреля 2013 г. в Wayback Machine.

[6] Генераторы событий Монте-Карло Parton Shower. Майк Сеймур, обучающее мероприятие MC4LHC EU Networks4–8 мая 2009 г.

[7] Феноменология в экспериментах на коллайдере. Часть 5: Генераторы MC. Архивировано 3 июля 2012 г. в Wayback Machine , Фрэнк Краусс. Летняя школа ФЭФ 31.8.-12.9.2008, RAL.

[8] Дж. Альтарелли и Г. Паризи (1977). «Асимптотическая свобода в партонном языке». Ядерная физика . Б126 (2): 298–318. Бибкод : 1977НуФБ.126..298А . дои : 10.1016/0550-3213(77)90384-4 .

[DrellYan-9] Дрелл, SD; Ян, Т.-М. (1970). «Массивное рождение лептонных пар в адроно-адронных столкновениях при высоких энергиях». Письма о физических отзывах . 25 (5): 316–320. Бибкод : 1970PhRvL..25..316D . дои : 10.1103/PhysRevLett.25.316 . ОСТИ 1444835 . S2CID 16827178 .
И опечатка в Дрелл, SD; Ян, Т.-М. (1970). Письма о физических отзывах . 25 (13): 902. Бибкод : 1970PhRvL..25..902D . дои : 10.1103/PhysRevLett.25.902.2 . ОСТИ 1444835 . {{cite journal}}: CS1 maint: периодическое издание без названия ( ссылка )

[10] PDG : Ашенауэр, Торн и Йошида (2019). «Структурные функции», онлайн .

[11] Цзи, Сяндун (26 июня 2013 г.). «Партонная физика на евклидовой решетке». Письма о физических отзывах . 110 (26): 262002. arXiv : 1305.1539 . Бибкод : 2013PhRvL.110z2002J . doi : 10.1103/PhysRevLett.110.262002 . ПМИД 23848864 . S2CID 27248761 .

[12] Цзи, Сяндун (07 мая 2014 г.). «Физика партонов из теории эффективного поля с большим импульсом». Наука Китай Физика, механика и астрономия . 57 (7): 1407–1412. arXiv : 1404.6680 . Бибкод : 2014SCPMA..57.1407J . дои : 10.1007/s11433-014-5492-3 . ISSN 1674-7348 . S2CID 119208297 .

[13] Уолли, MR; Бурилков Д.; Группа, РЦ (2005). «Ле Уш согласовывает PDF-файлы (LHAPDF) и LHAGLUE». arXiv : hep-ph/0508110 .

[14] DJE Каллауэй; С.Д. Эллис (1984). «Спиновая структура нуклона». Физ. Преподобный Д. 29 (3): 567–569. Бибкод : 1984PhRvD..29..567C . дои : 10.1103/PhysRevD.29.567 . S2CID 15798912 .

[15] Цзи, Сяндун (27 января 1997 г.). «Калибровочно-инвариантное разложение спина нуклона». Письма о физических отзывах . 78 (4): 610–613. arXiv : hep-ph/9603249 . Бибкод : 1997PhRvL..78..610J . doi : 10.1103/PhysRevLett.78.610 . S2CID 15573151 .

[16] Цзи, Сяндун (1 июня 1997 г.). «Глубоко виртуальное комптоновское рассеяние». Физический обзор D . 55 (11): 7114–7125. arXiv : hep-ph/9609381 . Бибкод : 1997PhRvD..55.7114J . дои : 10.1103/PhysRevD.55.7114 . S2CID 1975588 .

[17] Белицкий А.В.; Радюшкин А.В. (2005). «Раскрытие адронной структуры с помощью обобщенных партонных распределений». Отчеты по физике . 418 (1–6): 1–387. arXiv : hep-ph/0504030 . Бибкод : 2005ФР...418....1Б . doi : 10.1016/j.physrep.2005.06.002 . S2CID 119469719 .

[18] Сопер, Дэвисон Э. (июнь 2009 г.). «Физика партонных ливней» (PDF) . Пенсильванский государственный университет . Архивировано из оригинала (PDF) 24 мая 2011 года . Проверено 17 ноября 2013 г.

[19] Йохан Алвалл, Полная симуляция событий коллайдера , стр. 33. Школа NTU MadGraph, 25–27 мая 2012 г.

[20] М Моретти. Понимание событий на БАК: Партонные ливни и инструменты матричного элемента для физического моделирования на адронных коллайдерах , ^{[ мертвая ссылка ]} п. 19. 28.11.2006.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

v т и Ричард Фейнман
Карьера	Диаграмма Фейнмана Формула Фейнмана – Каца Теория поглотителя Уиллера – Фейнмана Формула Бете-Фейнмана Теорема Хеллмана – Фейнмана Обозначение Фейнмана с косой чертой Параметризация Фейнмана Формулировка интеграла по траектории Партонная модель Аргумент о липких бусах Одноэлектронная Вселенная Квантовый клеточный автомат Отчет комиссии Роджерса шахматная доска Фейнмана спринклер Фейнмана
Работает	« Внизу много места » (1959) Фейнмановские лекции по физике (1964) Характер физического закона (1965) QED: Странная теория света и материи (1985) Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман! (1985) Какая вам разница, что думают другие люди? (1988) Потерянная лекция Фейнмана: Движение планет вокруг Солнца (1997) Смысл всего этого (1999) Удовольствие от выяснения вещей (1999) Совершенно разумные отклонения от проторенной дорожки (2005)
Семья	Джоан Фейнман (сестра) Чарльз Хиршберг (племянник)
Связанный	Тезки Наука о культе груза Квантовый человек: жизнь Ричарда Фейнмана в науке Тува или Бюст! Премия Фейнмана в области нанотехнологий Бесконечность (фильм, 1996 г.) КЭД (спектакль 2001 года) Катастрофа Челленджера (фильм, 2013)