Parton (částicová fyzika) - Parton (particle physics)

v částicová fyzika, model parton je model hadrony, jako protony a neutrony, navrhl Richard Feynman. Je to užitečné pro interpretaci kaskád záření (a partonská sprcha) vyrobené z QCD procesy a interakce 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 intenzivně simulovány v Monte Carlu generátory událostí za účelem kalibrace a interpretace (a tedy pochopení) procesů v experimentech s urychlovačem.[1] Jako takový se název také používá k označení algoritmů, které proces přibližují nebo simulují.

Motivace

Model partonu navrhl Richard Feynman v roce 1969 jako způsob analýzy vysokoenergetických srážek hadronů.[2] Jakýkoli hadron (například a proton ) lze považovat za složení řady bodových složek, nazývaných „partony“. Model partonu byl okamžitě aplikován na elektron -proton hluboký nepružný rozptyl podle Bjorken a Paschos.[3]

Komponentní částice

Hadron se skládá z řady bodových složek, nazývaných „partony“. Později s experimentálním pozorováním Bjorken škálování, validace tvarohový model a potvrzení o asymptotická svoboda v kvantová chromodynamika, partony byly přizpůsobeny kvarky a gluony. Partonův model zůstává ospravedlnitelnou aproximací při vysokých energiích a další tuto teorii v průběhu let rozšířily.[SZO? ]

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.[4][5][6]

Referenční rámec

Viz také: DGLAP

The hadron je definována v a referenční rámec kde má nekonečnou hybnost - platnou aproximaci při vysokých energiích. Partonův pohyb je tedy zpomalen dilatace času a distribuce náboje hadronu je Lorentz uzavřel smlouvu, takže přicházející částice budou rozptýleny „okamžitě a nesouvisle“.[Citace je zapotřebí ]

Partony jsou definovány s ohledem na fyzickou stupnici (jak je zjišťováno inverzí přenosu hybnosti).[je zapotřebí objasnění ] 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.[7] 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 ukazují mořské partony (nevalenční partony) kromě valenčních partonů.[8]

Dějiny

Model partonu navrhl Richard Feynman v roce 1969, původně použité pro analýzu vysokoenergetických kolizí.[2]Bylo aplikováno na elektron /proton hluboký nepružný rozptyl podle Bjorken a Paschos.[3]Později s experimentálním pozorováním Bjorken škálování, validace tvarohový model a potvrzení o asymptotická svoboda v kvantová chromodynamika, partony byly spojeny s kvarky a gluony. Partonův model zůstává ospravedlnitelnou aproximací při vysokých energiích a další tuto teorii v průběhu let rozšířily[jak? ].

Bylo to uznáno[když? ] 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

The CTEQ6 distribuční funkce partonů v SLEČNA schéma renormalizace a Q = 2 GeV pro gluony (červené), nahoru (zelené), dolů (modré) a podivné (fialové) kvarky. Vynesen je součin podílu podélné hybnosti X a distribuční funkce F proti X.

Funkce distribuce partonů (PDF) v rámci tzv kolineární faktorizace je definován jako hustota pravděpodobnosti pro nalezení částice s určitým zlomkem podélné hybnosti X v měřítku rozlišení Q2. Kvůli inherentní neporušující Vzhledem k povaze partonů, které nelze pozorovat jako volné částice, nelze partonové hustoty vypočítat pomocí rušivého QCD. V rámci QCD je však možné studovat variace partonové hustoty s rozlišovací stupnicí poskytovanou externí sondou. Takovou stupnici poskytuje například a virtuální foton s virtualitou Q2 nebo a 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 princip nejistoty. Bylo zjištěno, že variace hustoty partonů s rozlišovací stupnicí dobře souhlasí s experimentem[9]; toto je důležitý test QCD.

Distribuční funkce partonů se získají přizpůsobením pozorovatelných experimentálních dat; nelze je vypočítat pomocí poruchového QCD. Nedávno bylo zjištěno, že je lze vypočítat přímo v mřížka QCD pomocí teorie efektivního pole velké hybnosti.[10][11]

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

  • ABM S. Alekhin, J. Bluemlein, S. Moch
  • CTEQ, z CTEQ Collaboration
  • GRV / GJR, M. Glück, P. Jimenez-Delgado, E. Reya a A. Vogt
  • HERA PDF, spolupráce H1 a ZEUS z německého centra Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY)
  • MSHT / MRST / MSTW / MMHT, z A. D. Martin, R. G. Roberts, W. J. Stirling, R. S. Thorne a spolupracovníci
  • NNPDF, z NNPDF Collaboration

The LHAPDF [12] knihovna poskytuje jednotný a snadno použitelný Fortran /C ++ rozhraní pro všechny hlavní soubory PDF.

Zobecněné partonové distribuce (GPD) jsou novější přístup k lepšímu porozumění hadron struktura reprezentací rozdělení partonů jako funkcí více proměnných, jako je příčná hybnost a roztočit partonu.[13] Mohou být použity ke studiu spinové struktury protonu, zejména pravidlo součtu Ji souvisí s integrálem GPD s momentem hybnosti přenášeným kvarky a gluony.[14] 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.[15] Obyčejné funkce distribuce partonů jsou obnoveny nastavením na nulu (přední limit) extra proměnných v generalizovaných parton distribucích. Další pravidla ukazují, že elektrický tvarový faktor, magnetický tvarový faktor, nebo dokonce formální faktory spojené s tenzorem energie-hybnosti jsou také zahrnuty v GPD. Úplný trojrozměrný obraz partonů uvnitř hadronů lze také získat z GPD.[16]

Simulace

Simulace sprch Parton jsou užitečné v výpočetní částicová fyzika buď dovnitř automatický výpočet interakce nebo rozpadu částic nebo generátory událostí, a jsou zvláště důležité ve fenomenologii LHC, kde jsou obvykle zkoumány pomocí simulace Monte Carlo. Rozsah, ve kterém jsou partony dány hadronizaci, je stanoven programem Sprcha Monte Carlo. Běžné možnosti sprchy Monte Carlo jsou PYTHIA a HERWIG.[17][18]

Viz také

Reference

  1. ^ Davison E. Soper, Fyzika partonských sprch. Přístupné 17. listopadu 2013.
  2. ^ A b Feynman, R. P. (1969). „Chování srážek hadronů při extrémních energiích“. High Energy Collisions: Third International Conference at Stony Brook, NY. Gordon & Breach. 237–249. ISBN  978-0-677-13950-0.
  3. ^ A b Bjorken, J .; Paschos, E. (1969). „Neelastický elektron-protonový a γ-protonový rozptyl a struktura nukleonu“. Fyzický přehled. 185 (5): 1975–1982. Bibcode:1969PhRv..185,1975B. doi:10.1103 / PhysRev.185.1975.
  4. ^ Bryan Webber (2011). Parton sprchové generátory událostí Monte Carlo. Scholarpedia, 6 (12): 10662., Revize # 128236.
  5. ^ *Generátor událostí Parton Shower Monte Carlo. Mike Seymour, MC4LHC EU Networks 'Training Event 4. - 8. května 2009.
  6. ^ *Fenomenologie při experimentech s urychlovačem. Část 5: Generátory MC Archivováno 03.07.2012 na Wayback Machine, Frank Krauss. HEP Summer School 31.8.-12.9.2008, RAL.
  7. ^ G. Altarelli a G. Parisi (1977). "Asymptotická svoboda v Partonově jazyce". Nukleární fyzika. B126 (2): 298–318. Bibcode:1977NuPhB.126..298A. doi:10.1016/0550-3213(77)90384-4.
  8. ^ Drell, S.D .; Yan, T.-M. (1970). „Masivní výroba leptonových párů při srážkách hadron-hadron při vysokých energiích“. Dopisy o fyzické kontrole. 25 (5): 316–320. Bibcode:1970PhRvL..25..316D. doi:10.1103 / PhysRevLett.25.316. S2CID  16827178.
    A tisková chyba v Drell, S. D .; Yan, T.-M. (1970). Dopisy o fyzické kontrole. 25 (13): 902. Bibcode:1970PhRvL..25..902D. doi:10.1103 / PhysRevLett.25.902.2. OSTI  1444835.CS1 maint: periodikum bez názvu (odkaz)
  9. ^ PDG: Aschenauer, Thorne a Yoshida, (2019). "Structure Functions", online.
  10. ^ Ji, Xiangdong (26.06.2013). "Partonská fyzika na euklidovské mřížce". Dopisy o fyzické kontrole. 110 (26): 262002. arXiv:1305.1539. Bibcode:2013PhRvL.110z2002J. doi:10.1103 / PhysRevLett.110.262002. PMID  23848864. S2CID  27248761.
  11. ^ Ji, Xiangdong (07.05.2014). „Partonova fyzika z teorie efektivního pole velkého hybnosti“. Věda Čína Fyzika, mechanika a astronomie. 57 (7): 1407–1412. arXiv:1404.6680. Bibcode:2014SCPMA..57.1407J. doi:10.1007 / s11433-014-5492-3. ISSN  1674-7348. S2CID  119208297.
  12. ^ Whalley, M. R.; Bourilkov, D; Group, R. C. (2005). „Les Houches shodují soubory PDF (LHAPDF) a LHAGLUE“: arXiv: hep – ph / 0508110. arXiv:hep-ph / 0508110. Bibcode:2005hep.ph .... 8110W. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  13. ^ DJE Callaway; SD Ellis (1984). "Spinová struktura nukleonu". Phys. Rev. D. 29 (3): 567–569. Bibcode:1984PhRvD..29..567C. doi:10.1103 / PhysRevD.29.567. S2CID  15798912.
  14. ^ Ji, Xiangdong (1997-01-27). "Gauge-Invariantní rozklad Nucleon Spin". Dopisy o fyzické kontrole. 78 (4): 610–613. arXiv:hep-ph / 9603249. Bibcode:1997PhRvL..78..610J. doi:10.1103 / PhysRevLett.78.610. S2CID  15573151.
  15. ^ Ji, Xiangdong (01.06.1997). "Hluboce virtuální Comptonův rozptyl". Fyzický přehled D. 55 (11): 7114–7125. arXiv:hep-ph / 9609381. Bibcode:1997PhRvD..55.7114J. doi:10.1103 / PhysRevD.55.7114. S2CID  1975588.
  16. ^ Belitsky, A. V .; Radyushkin, A. V. (2005). "Rozluštění hadronové struktury se zobecněnými partonovými distribucemi". Fyzikální zprávy. 418 (1–6): 1–387. arXiv:hep-ph / 0504030. Bibcode:2005PhR ... 418 .... 1B. doi:10.1016 / j.physrep.2005.06.002. S2CID  119469719.
  17. ^ Johan Alwall, Kompletní simulace událostí urychlovače, str. 33. Škola NTU MadGraph, 25. – 27. května 2012.
  18. ^ M Moretti.Understunding events at the LHC: Parton Showers and Matrix Element tools for fyzics simulation at the hadronic colliders, str. 19. 28/11/2006.

Tento článek obsahuje materiál ze Scholarpedie.

Další čtení

externí odkazy