Партон (физика элементарных частиц)

В физике элементарных частиц , то модель партонная представляет собой модель адронов , такие как протоны и нейтроны , предложенные Ричард Фейнман . Это полезно для интерпретации каскадов излучения ( партонных ливней ), возникающих в результате процессов КХД и взаимодействий при столкновениях частиц высоких энергий.

Модель

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

Партонные ливни широко моделируются в генераторах событий Монте-Карло для калибровки и интерпретации (и, следовательно, понимания) процессов в экспериментах на коллайдерах. ^[1] Таким образом, название также используется для обозначения алгоритмов, которые аппроксимируют или моделируют процесс.

Мотивация

Партонная модель была предложена Ричардом Фейнманом в 1969 году как способ анализа столкновений адронов высоких энергий. ^[2] Любой адрон (например, протон ) можно рассматривать как композицию из ряда точечных составляющих, называемых «партонами». Партонная модель сразу же применяется к электрону - протон глубоко неупругое рассеяние на Бьеркеном и Paschos . ^[3]

Компонентные частицы

Адрон состоит из ряда точечных составляющих, называемых «партонами». 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 приемлемым приближением при высоких энергиях, а другие модели расширили теорию на протяжении многих лет. ^{[ кто? ]}

Подобно тому, как ускоренные электрические заряды испускают излучение КЭД (фотоны), ускоренные цветные партоны будут излучать излучение КХД 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

Адрон определяется в системе отсчета , где она имеет бесконечное импульса действительного приближение при высоких энергиях. Таким образом, движение партонов замедляется из- за замедления времени , а распределение заряда адронов является лоренц-сжатым , поэтому входящие частицы будут рассеиваться «мгновенно и некогерентно». ^{[ необходима цитата ]}

Партоны определяются в соответствии с физическим масштабом (что подтверждается обратной величиной переданного импульса). ^{[ требуется пояснение ]} Например, кварк-партон на одном масштабе длины может оказаться суперпозицией кваркового партонного состояния с кварковым партоном и глюонным партонным состоянием вместе с другими состояниями с большим количеством партонов на меньшем масштабе длины. Точно так же глюонный партон на 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 (т.е. 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 помимо валентных партонов показывают морские партоны (невалентные партоны). ^[8]

История

Партонная модель была предложена Ричардом Фейнманом в 1969 году и первоначально использовалась для анализа столкновений высоких энергий. ^[2] Это было применено к электрону / протонному ГНР по Бьеркен и Paschos. ^[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 приемлемым приближением при высоких энергиях, и другие модели расширили теорию на протяжении многих лет ^{[ как?]} .

Было признано ^{[ когда? ],} что партоны описывают одни и те же объекты, которые теперь чаще называют кварками и глюонами . Более подробное изложение свойств и физических теорий, косвенно относящихся к партонам, можно найти в разделе о кварках .

Функции распределения партонов

В CTEQ6 функции партонные распределения в MS перенормировки схемы и Q = 2 ГэВ для глюонов (красный), до (зеленый), вниз (синие), и странные (фиолетовый) кварки. На графике показано произведение продольной доли импульса x и функций распределения f в зависимости от x .

Функция распределения партонов (PDF) в рамках так называемой коллинеарной факторизации определяется как плотность вероятности нахождения частицы с определенной долей продольного импульса x при масштабе разрешения Q ² . Из-за неотъемлемой непертурбативной природы 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, обеспечиваемым внешним зондом. Такой масштаб обеспечивается, например, виртуальным фотоном с виртуальностью Q ² или струей. 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; ^[9] это важная проверка КХД.

Функции распределения партонов получены путем подгонки наблюдаемых к экспериментальным данным; они не могут быть рассчитаны с помощью пертурбативной КХД. Недавно было обнаружено, что они могут быть вычислены непосредственно в решеточной КХД с использованием теории эффективного поля с большими импульсами. ^[10]^[11]

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

ПРО С. Алехина, Дж. Блюмлейна, С. Моха
CTEQ , от сотрудничества CTEQ
GRV / GJR , от М. Глюк, П. Хименес-Дельгадо, Э. Рейя и А. Фогт.
Файлы HERA PDF, созданные совместно H1 и ZEUS из Немецкого центра электронных синхротронов (DESY) в Германии
MSHT / MRST / MSTW / MMHT , от AD Martin , RG Roberts, WJ Stirling, RS Thorne и соавторов
NNPDF , от сотрудничества NNPDF

Библиотека LHAPDF ^[12] предоставляет унифицированный и простой в использовании интерфейс Fortran / C ++ для всех основных наборов PDF.

Обобщенные партонные распределения (GPD) представляют собой более свежий подход к лучшему пониманию структуры адронов , представляя партонные распределения как функции большего числа переменных, таких как поперечный импульс и спин партона. ^[13] Их можно использовать 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» распределение партонов. Доступ к ним осуществляется через новый класс 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 , магнитный форм-фактор или даже форм-факторы, связанные с тензором энергии-импульса, также включаются в GPD. Полное трехмерное изображение партонов внутри адронов также можно получить с помощью GPD. ^[16]

Моделирование

Партон ливни моделирование использования в физике элементарных частиц вычислительными либо в автоматическом вычислении взаимодействия частиц или распада или событий генераторов , и особенно важны в LHC феноменологии, где они, как правило , исследованной с помощью моделирования методом Монте - Карло. Масштаб отнесения партонов к адронизации фиксируется программой Shower Monte Carlo. Обычный выбор душ Monte Carlo - PYTHIA и HERWIG. ^[17]^[18]

Смотрите также

Адронизация
Джет (физика элементарных частиц)
Душ твердых частиц

использованная литература

^ Дэвисон Э. Сопер, Физика партонных ливней . По состоянию на 17 ноября 2013 г.
^ 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.
^ a b Bjorken, J .; Пашос, Э. (1969). «Неупругое электрон-протонное и γ-рассеяние и структура нуклона». Физический обзор . 185 (5): 1975–1982. Bibcode : 1969PhRv..185.1975B . DOI : 10.1103 / PhysRev.185.1975 .
^
Брайан Уэббер (2011). Генераторы событий Монте-Карло партонного душа. Scholarpedia, 6 (12): 10662., Ред. № 128236.
- Архивировано 2 апреля 2013 года на Wayback Machine.
^ * Генераторы событий Монте-Карло партонного душа. Майк Сеймур, обучающее мероприятие MC4LHC EU Networks, 4-8 мая 2009 г.
^ * Феноменология коллайдерных экспериментов. Часть 5: Генераторы MC. Архивировано 3 июля2012 г. на Wayback Machine , Фрэнк Краусс. Летняя школа HEP 31.8.-12.9.2008, RAL.
^ Г. Альтарелли и Г. Паризи (1977). «Асимптотическая свобода в партонном языке». Ядерная физика . B126 (2): 298–318. Bibcode : 1977NuPhB.126..298A . DOI : 10.1016 / 0550-3213 (77) 90384-4 .
^ Дрелл, SD; Ян, Т.-М. (1970). «Массивное рождение лептонных пар в адрон-адронных столкновениях при высоких энергиях». Письма с физическим обзором . 25 (5): 316–320. Bibcode : 1970PhRvL..25..316D . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.25.316 . ОСТИ 1444835 . S2CID 16827178 .
И ошибка в Drell, SD; Ян, Т.-М. (1970). Письма с физическим обзором . 25 (13): 902. Bibcode : 1970PhRvL..25..902D . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.25.902.2 . ОСТИ 1444835 . CS1 maint: журнал без названия ( ссылка )
^ PDG : Aschenauer, Торн и Yoshida, (2019). "Структурные функции", онлайн .
^ Ji, Xiangdong (2013-06-26). "Физика партонов на евклидовой решетке". Письма с физическим обзором . 110 (26): 262002. arXiv : 1305.1539 . Bibcode : 2013PhRvL.110z2002J . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.110.262002 . PMID 23848864 . S2CID 27248761 .
^ Цзи, Сяндун (2014-05-07). «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 . DOI : 10.1007 / s11433-014-5492-3 . ISSN 1674-7348 . S2CID 119208297 .
^ Whalley, MR; Бурилков, Д; Группа, RC (2005). "Лез Уш аккорд PDF (LHAPDF) и LHAGLUE". arXiv : hep-ph / 0508110 .
^ DJE Callaway; С.Д. Эллис (1984). «Спиновая структура нуклона». Phys. Rev. D . 29 (3): 567–569. Полномочный код : 1984PhRvD..29..567C . DOI : 10.1103 / PhysRevD.29.567 . S2CID 15798912 .
^ Цзи, Сяндун (1997-01-27). "Калибровочно-инвариантное разложение спина нуклона". Письма с физическим обзором . 78 (4): 610–613. arXiv : hep-ph / 9603249 . Bibcode : 1997PhRvL..78..610J . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.78.610 . S2CID 15573151 .
^ Цзи, Сяндун (1997-06-01). «Глубоко виртуальное комптоновское рассеяние». Physical Review D . 55 (11): 7114–7125. arXiv : hep-ph / 9609381 . Bibcode : 1997PhRvD..55.7114J . DOI : 10.1103 / PhysRevD.55.7114 . S2CID 1975588 .
^ 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 . Полномочный код : 2005PhR ... 418 .... 1B . DOI : 10.1016 / j.physrep.2005.06.002 . S2CID 119469719 .
^ Йохана Alwall, Полное моделирование коллайдера событий , П.Г. 33. NTU MadGraph школы, 25-27 мая 2012 года.
^ М Моретти. Недооценка событий на LHC: инструменты Parton Showers и Matrix Element для моделирования физики на адронных коллайдерах , стр. 19. 28.11.2006.

Эта статья содержит материалы из Scholarpedia.

дальнейшее чтение

Glück, M .; Reya, E .; Фогт, А. (1998). «Возвращение к динамическим партонным распределениям». Европейский физический журнал C . 5 (3): 461–470. arXiv : hep-ph / 9806404 . Bibcode : 1998EPJC .... 5..461G . DOI : 10.1007 / s100529800978 . S2CID 119842774 .
Худбхой, Пенсильвания (2006). "Обобщенные партонные распределения" (PDF) . Национальный центр физики и университет Кайд-э-Азам . Проверено 6 апреля 2011 .
Цзи, X. (2004). «Обобщенные партонные распределения» . Ежегодный обзор ядерной науки и физики элементарных частиц . 54 : 413–450. arXiv : hep-ph / 9807358 . Bibcode : 2004ARNPS..54..413J . DOI : 10.1146 / annurev.nucl.54.070103.181302 .
Kretzer, S .; Lai, H .; Olness, F .; Тунг, В. (2004). «Партонные распределения CTEQ6 с масс-эффектами тяжелых кварков». Physical Review D . 69 (11): 114005. arXiv : hep-ph / 0307022 . Bibcode : 2004PhRvD..69k4005K . DOI : 10.1103 / PhysRevD.69.114005 . S2CID 119379329 .
Мартин, AD; Робертс, Р.Г.; Стирлинг, Висконсин; Торн, RS (2005). «Распределения партонов, включающие вклады QED». Европейский физический журнал C . 39 (2): 155–161. arXiv : hep-ph / 0411040 . Bibcode : 2005EPJC ... 39..155M . DOI : 10.1140 / epjc / s2004-02088-7 . S2CID 14743824 .

внешние ссылки

Использование внешних ссылок в этой статье может не соответствовать политикам или рекомендациям Википедии . Пожалуйста, улучшите эту статью , удалив лишние или неприемлемые внешние ссылки и преобразовав полезные ссылки, где это уместно, в сноски . ( Июль 2020 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Функции распределения партонов - из HEPDATA: Durham HEP Databases
CTEQ6 функции распределения партонов
Электрослабое излучение в партонных ливнях
http://home.fnal.gov/~mrenna/lutp0613man2/node22.html
Физика генератора событий ( http://www.hep.phy.cam.ac.uk/theory/webber/MCnet/MClecture2.pdf )
Границы хромодинамики
http://www.phys.ethz.ch/~pheno/QCDcourse/
http://www.physnet.uni-hamburg.de/services/fachinfo/___Volltexte/Sebastian___Schmidt/Sebastian___Schmidt.pdf ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
http://hep.ps.uci.edu/~wclhc07/LOShowers.pdf
http://www.kceta.kit.edu/grk1694/img/2013_10_01_Hangst.pdf
https://books.google.com/books?id=EAAHQ9XsEyQC&pg=PA47&lpg=PA47&dq=parton+shower#v=onepage&q=parton%20shower&f=false стр. 47
Поиск в Google по запросу "партонный душ"
http://www.nikhef.nl/pub/theory/masters-theses/bart_verouden.pdf
http://www.pa.msu.edu/~huston/tev4lhc/skands.pdf
http://d-nb.info/1008230227/34
http://www.rhul.ac.uk/physics/documents/pdf/events/particlephysicsseminars/10-11/ppseminprichardson250511.pdf
http://dspace.mit.edu/handle/1721.1/62649
http://www2.ph.ed.ac.uk/particle/Theory/seminars_12/andersen.pdf
http://rchep.pku.edu.cn/filespath/files/20131202113805.pdf ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
http://particle-theory.group.shef.ac.uk/si2008/participant_talks/Latunde-Dada.pdf
http://www.science.uva.nl/onderwijs/thesis/centraal/files/f935119543.pdf
http://www.science.uva.nl/onderwijs/thesis/centraal/files/f1299590863.pdf

[1] Дэвисон Э. Сопер, Физика партонных ливней . По состоянию на 17 ноября 2013 г.

[feynman-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.

[bjorken-3] Bjorken, J .; Пашос, Э. (1969). «Неупругое электрон-протонное и γ-рассеяние и структура нуклона». Физический обзор . 185 (5): 1975–1982. Bibcode : 1969PhRv..185.1975B . DOI : 10.1103 / PhysRev.185.1975 .

[4] Брайан Уэббер (2011). Генераторы событий Монте-Карло партонного душа. Scholarpedia, 6 (12): 10662., Ред. № 128236.
Архивировано 2 апреля 2013 года на Wayback Machine.

[5] Архивировано 2 апреля 2013 года на Wayback Machine.

[5] * Генераторы событий Монте-Карло партонного душа. Майк Сеймур, обучающее мероприятие MC4LHC EU Networks, 4-8 мая 2009 г.

[6] * Феноменология коллайдерных экспериментов. Часть 5: Генераторы MC. Архивировано 3 июля2012 г. на Wayback Machine , Фрэнк Краусс. Летняя школа HEP 31.8.-12.9.2008, RAL.

[7] Г. Альтарелли и Г. Паризи (1977). «Асимптотическая свобода в партонном языке». Ядерная физика . B126 (2): 298–318. Bibcode : 1977NuPhB.126..298A . DOI : 10.1016 / 0550-3213 (77) 90384-4 .

[DrellYan-8] Дрелл, SD; Ян, Т.-М. (1970). «Массивное рождение лептонных пар в адрон-адронных столкновениях при высоких энергиях». Письма с физическим обзором . 25 (5): 316–320. Bibcode : 1970PhRvL..25..316D . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.25.316 . ОСТИ 1444835 . S2CID 16827178 .
И ошибка в Drell, SD; Ян, Т.-М. (1970). Письма с физическим обзором . 25 (13): 902. Bibcode : 1970PhRvL..25..902D . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.25.902.2 . ОСТИ 1444835 . CS1 maint: журнал без названия ( ссылка )

[9] PDG : Aschenauer, Торн и Yoshida, (2019). "Структурные функции", онлайн .

[10] Ji, Xiangdong (2013-06-26). "Физика партонов на евклидовой решетке". Письма с физическим обзором . 110 (26): 262002. arXiv : 1305.1539 . Bibcode : 2013PhRvL.110z2002J . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.110.262002 . PMID 23848864 . S2CID 27248761 .

[11] Цзи, Сяндун (2014-05-07). «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 . DOI : 10.1007 / s11433-014-5492-3 . ISSN 1674-7348 . S2CID 119208297 .

[12] Whalley, MR; Бурилков, Д; Группа, RC (2005). "Лез Уш аккорд PDF (LHAPDF) и LHAGLUE". arXiv : hep-ph / 0508110 .

[13] DJE Callaway; С.Д. Эллис (1984). «Спиновая структура нуклона». Phys. Rev. D . 29 (3): 567–569. Полномочный код : 1984PhRvD..29..567C . DOI : 10.1103 / PhysRevD.29.567 . S2CID 15798912 .

[14] Цзи, Сяндун (1997-01-27). "Калибровочно-инвариантное разложение спина нуклона". Письма с физическим обзором . 78 (4): 610–613. arXiv : hep-ph / 9603249 . Bibcode : 1997PhRvL..78..610J . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.78.610 . S2CID 15573151 .

[15] Цзи, Сяндун (1997-06-01). «Глубоко виртуальное комптоновское рассеяние». Physical Review D . 55 (11): 7114–7125. arXiv : hep-ph / 9609381 . Bibcode : 1997PhRvD..55.7114J . DOI : 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 . Полномочный код : 2005PhR ... 418 .... 1B . DOI : 10.1016 / j.physrep.2005.06.002 . S2CID 119469719 .

[17] Йохана Alwall, Полное моделирование коллайдера событий , П.Г. 33. NTU MadGraph школы, 25-27 мая 2012 года.

[18] М Моретти. Недооценка событий на LHC: инструменты Parton Showers и Matrix Element для моделирования физики на адронных коллайдерах , стр. 19. 28.11.2006.

[1]