Parton (física de partículas) - Parton (particle physics)

Em física de partículas , o modelo de parton é um modelo de hadrons , como prótons e nêutrons , proposto por Richard Feynman . É útil para interpretar as cascatas de radiação (uma chuva de parton ) produzida a partir de processos QCD e interações em colisões de partículas de alta energia.

Modelo

A partícula de dispersão só vê os partons de valência. Em energias mais altas, as partículas de espalhamento também detectam os partons do mar.

Chuveiros Parton são simulados extensivamente em geradores de eventos Monte Carlo , a fim de calibrar e interpretar (e assim entender) processos em experimentos de colisor. Como tal, o nome também é usado para se referir a algoritmos que aproximam ou simulam o processo.

Motivação

O modelo do parton foi proposto por Richard Feynman em 1969 como uma forma de analisar as colisões de hadron de alta energia. Qualquer hádron (por exemplo, um próton ) pode ser considerado uma composição de vários constituintes pontuais, denominados "partons". O modelo parton foi imediatamente aplicado ao espalhamento inelástico profundo elétron - próton por Bjorken e Paschos .

Partículas componentes

Um hadron é composto de vários constituintes semelhantes a pontos, denominados "partons". Posteriormente, com a observação experimental do escalonamento de Bjorken , a validação do modelo de quark e a confirmação da liberdade assintótica na cromodinâmica quântica , partons foram combinados com quarks e glúons . O modelo parton permanece uma aproximação justificável em altas energias, e outros estenderam a teoria ao longo dos anos.

Assim como cargas elétricas aceleradas emitem radiação QED (fótons), os partons coloridos acelerados emitem radiação QCD na forma de glúons. Ao contrário dos fótons sem carga, os próprios glúons carregam cargas coloridas e podem, portanto, emitir mais radiação, levando a chuvas de pártons.

Quadro de referência

Veja também: DGLAP

O hadron é definido em um referencial onde tem momentum infinito - uma aproximação válida em altas energias. Assim, o movimento do parton é retardado pela dilatação do tempo , e a distribuição da carga do hadron é contraída por Lorentz , então as partículas que chegam serão espalhadas "instantaneamente e incoerentemente".

Partons são definidos em relação a uma escala física (conforme testado pelo inverso da transferência de momento). Por exemplo, um parton quark em uma escala de comprimento pode acabar sendo uma superposição de um estado de parton quark com um parton quark e um estado de parton gluon junto com outros estados com mais partons em uma escala de comprimento menor. Da mesma forma, um parton glúon em uma escala pode se resolver em uma superposição de um estado de parton glúon, um estado de parton gluon e quark-antiquark e outros estados multiparton. Por causa disso, o número de partons em um hadron realmente aumenta com a transferência de momento. Em baixas energias (isto é, escalas de comprimento grandes), um bárion contém três partons de valência (quarks) e um méson contém dois partons de valência (um quark e um parton de antiquark). Em energias mais altas, no entanto, as observações mostram partons do mar (partons não valentes) além dos partons de valência.

História

O modelo parton foi proposto por Richard Feynman em 1969, usado originalmente para análise de colisões de alta energia. Foi aplicado ao espalhamento inelástico profundo de elétron / próton por Bjorken e Paschos. Posteriormente, com a observação experimental do escalonamento de Bjorken , a validação do modelo de quark e a confirmação da liberdade assintótica na cromodinâmica quântica , os partons foram combinados com quarks e glúons. O modelo parton permanece uma aproximação justificável em altas energias, e outros estenderam a teoria ao longo dos anos.

Foi reconhecido que os partons descrevem os mesmos objetos agora mais comumente referidos como quarks e gluons . Uma apresentação mais detalhada das propriedades e teorias físicas pertencentes indiretamente aos partons pode ser encontrada em quarks .

Funções de distribuição de parton

As funções de distribuição de parton CTEQ6 no esquema de renormalização MS e Q  = 2 GeV para quarks glúons (vermelho), up (verde), down (azul) e estranhos (violeta). O gráfico é o produto da fração de momento longitudinal x e as funções de distribuição f versus x .

Uma função de distribuição de parton (PDF) dentro da chamada fatoração colinear é definida como a densidade de probabilidade para encontrar uma partícula com uma certa fração de momento longitudinal x na escala de resolução Q 2 . Devido à natureza inerente não perturbativa dos partons que não podem ser observados como partículas livres, as densidades dos partons não podem ser calculadas usando QCD perturbativa. Dentro da QCD, pode-se, no entanto, estudar a variação da densidade do parton com a escala de resolução fornecida pela sonda externa. Essa escala é, por exemplo, fornecida por um fóton virtual com virtualidade Q 2 ou por um jato . A escala pode ser calculada a partir da energia e do momento do fóton ou jato virtual; quanto maior o momento e a energia, menor a escala de resolução - isso é uma consequência do princípio da incerteza de Heisenberg . A variação da densidade de parton com a escala de resolução foi encontrada para concordar bem com o experimento; este é um importante teste de QCD.

As funções de distribuição de parton são obtidas ajustando observáveis ​​a dados experimentais; eles não podem ser calculados usando QCD perturbativo. Recentemente, descobriu-se que eles podem ser calculados diretamente na QCD da rede usando a teoria de campo efetiva de grande momento.

Funções de distribuição de partões determinadas experimentalmente estão disponíveis em vários grupos em todo o mundo. Os principais conjuntos de dados não polarizados são:

A biblioteca LHAPDF fornece uma interface Fortran / C ++ unificada e fácil de usar para todos os principais conjuntos de PDF.

Distribuições Parton generalizadas (GPDS) são uma abordagem mais recente para melhor compreender hádron estrutura representando as distribuições Parton como funções de mais variáveis, tais como o momento transversal e rotação do Parton. Eles podem ser usados ​​para estudar a estrutura de spin do próton, em particular, a regra da soma Ji relaciona a integral dos GPDs ao momento angular transportado por quarks e glúons. Os primeiros nomes incluíam distribuições de partões "não progressivas", "não diagonais" ou "distorcidas". Eles são acessados ​​por meio de uma nova classe de processos exclusivos para os quais todas as partículas são detectadas no estado final, como o espalhamento Compton profundamente virtual. As funções de distribuição de parton ordinárias são recuperadas configurando para zero (limite progressivo) as variáveis ​​extras nas distribuições de parton generalizadas. Outras regras mostram que o fator de forma elétrico , o fator de forma magnético ou mesmo os fatores de forma associados ao tensor de energia-momento também estão incluídos nos GPDs. Uma imagem tridimensional completa dos partões dentro dos hádrons também pode ser obtida nos GPDs.

Simulação

As simulações dos chuveiros Parton são úteis na física de partículas computacionais no cálculo automático da interação das partículas ou decaimento ou geradores de eventos , e são particularmente importantes na fenomenologia do LHC, onde geralmente são exploradas usando simulação de Monte Carlo. A escala em que partons são dados à hadronização é fixada pelo programa Shower Monte Carlo. As escolhas comuns de Shower Monte Carlo são PYTHIA e HERWIG.

Veja também

Referências

Este artigo contém material da Scholarpedia.

Leitura adicional

links externos