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

En física de partículas , el modelo parton es un modelo de hadrones , como protones y neutrones , propuesto por Richard Feynman . Es útil para interpretar las cascadas de radiación (una lluvia de partón ) producidas por los procesos de QCD y las interacciones en las colisiones de partículas de alta energía.

Modelo

La partícula de dispersión solo ve los partones de valencia. A energías más altas, las partículas dispersas también detectan los partones marinos.

Las duchas de Parton se simulan ampliamente en los generadores de eventos de Monte Carlo , con el fin de calibrar e interpretar (y así comprender) los procesos en los experimentos de colisionadores. Como tal, el nombre también se usa para referirse a algoritmos que se aproximan o simulan el proceso.

Motivación

El modelo parton fue propuesto por Richard Feynman en 1969 como una forma de analizar las colisiones de hadrones de alta energía. Cualquier hadrón (por ejemplo, un protón ) puede considerarse como una composición de varios constituyentes puntuales, denominados "partones". El modelo de partón se aplicó inmediatamente a la dispersión inelástica profunda electrón - protón de Bjorken y Paschos .

Partículas componentes

Un hadrón se compone de varios componentes en forma de puntos, denominados "partones". Más tarde, con la observación experimental de la escala de Bjorken , la validación del modelo de quarks y la confirmación de la libertad asintótica en la cromodinámica cuántica , los partones se emparejaron con quarks y gluones . El modelo de partón sigue siendo una aproximación justificable a altas energías, y otros han ampliado la teoría a lo largo de los años.

Así como las cargas eléctricas aceleradas emiten radiación QED (fotones), los partones coloreados acelerados emitirán radiación QCD en forma de gluones. A diferencia de los fotones sin carga, los propios gluones llevan cargas de color y, por lo tanto, pueden emitir más radiación, lo que lleva a lluvias de partón.

Marco de referencia

Ver también: DGLAP

El hadrón se define en un marco de referencia donde tiene un momento infinito, una aproximación válida a altas energías. Por lo tanto, el movimiento del partón se ralentiza por la dilatación del tiempo y la distribución de la carga del hadrón se contrae con Lorentz , por lo que las partículas entrantes se dispersarán "instantánea e incoherentemente".

Los partones se definen con respecto a una escala física (probada por la inversa de la transferencia de momento). Por ejemplo, un partón de quark en una escala de longitud puede resultar ser una superposición de un estado de partón de quark con un partón de quark y un estado de partón de gluón junto con otros estados con más partones en una escala de longitud más pequeña. De manera similar, un partón de gluón a una escala puede resolverse en una superposición de un estado de partón de gluón, un estado de partón de gluón y de partón de quark-antiquark y otros estados de múltiples partes. Debido a esto, el número de partones en un hadrón aumenta con la transferencia de impulso. A bajas energías (es decir, escalas de gran longitud), un barión contiene tres partones de valencia (quarks) y un mesón contiene dos partones de valencia (un quark y un partón antiquark). Sin embargo, a energías más altas, las observaciones muestran partones marinos (partones sin valencia) además de partones de valencia.

Historia

El modelo parton fue propuesto por Richard Feynman en 1969, utilizado originalmente para el análisis de colisiones de alta energía. Fue aplicado a la dispersión inelástica profunda de electrones / protones por Bjorken y Paschos. Más tarde, con la observación experimental de la escala de Bjorken , la validación del modelo de quark y la confirmación de la libertad asintótica en la cromodinámica cuántica , los partones se emparejaron con quarks y gluones. El modelo de partón sigue siendo una aproximación justificable a altas energías, y otros han ampliado la teoría a lo largo de los años.

Se reconoció que los partones describen los mismos objetos que ahora se conocen más comúnmente como quarks y gluones . En quarks se puede encontrar una presentación más detallada de las propiedades y teorías físicas que pertenecen indirectamente a los partones .

Funciones de distribución de parton

La distribución de partones CTEQ6 funciona en el esquema de renormalización de MS y Q  = 2 GeV para quarks de gluones (rojo), arriba (verde), abajo (azul) y extraños (violeta). Se representa gráficamente el producto de la fracción de momento longitudinal x y las funciones de distribución f versus x .

Una función de distribución de partones (PDF) dentro de la denominada factorización colineal se define como la densidad de probabilidad para encontrar una partícula con una cierta fracción de momento longitudinal x en la escala de resolución Q 2 . Debido a la naturaleza inherente no perturbativa de los partones que no se pueden observar como partículas libres, las densidades de los partones no se pueden calcular usando QCD perturbativo. Sin embargo, dentro de QCD se puede estudiar la variación de la densidad del partón con una escala de resolución proporcionada por una sonda externa. Una escala de este tipo la proporciona, por ejemplo, un fotón virtual con virtualidad Q 2 o un chorro . La escala se puede calcular a partir de la energía y el momento del fotón o chorro virtual; cuanto mayor sea el impulso y la energía, menor será la escala de resolución; esto es una consecuencia del principio de incertidumbre de Heisenberg . Se ha encontrado que la variación de la densidad del partón con la escala de resolución concuerda bien con el experimento; esta es una prueba importante de QCD.

Las funciones de distribución de Parton se obtienen ajustando observables a datos experimentales; no se pueden calcular utilizando QCD perturbativa. Recientemente, se ha descubierto que se pueden calcular directamente en la red QCD utilizando la teoría de campo efectivo de gran momento.

Las funciones de distribución de partones determinadas experimentalmente están disponibles en varios grupos en todo el mundo. Los principales conjuntos de datos no polarizados son:

  • ABM por S. Alekhin, J. Bluemlein, S. Moch
  • CTEQ , de la Colaboración CTEQ
  • GRV / GJR , de M. Glück, P. Jimenez-Delgado, E. Reya y A. Vogt
  • PDF de HERA , por las colaboraciones de H1 y ZEUS del centro Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) en Alemania
  • MSHT / MRST / MSTW / MMHT , de AD Martin , RG Roberts, WJ Stirling, RS Thorne y colaboradores
  • NNPDF , de la colaboración NNPDF

La biblioteca LHAPDF proporciona una interfaz Fortran / C ++ unificada y fácil de usar para todos los conjuntos de PDF principales.

Las distribuciones de partón generalizadas (GPD) son un enfoque más reciente para comprender mejor la estructura de los hadrones al representar las distribuciones de partones como funciones de más variables, como el momento transversal y el giro del partón. Se pueden usar para estudiar la estructura de espín del protón, en particular, la regla de la suma Ji relaciona la integral de los GPD con el momento angular transportado por quarks y gluones. Los primeros nombres incluían distribuciones de partones "no progresivas", "no diagonales" o "sesgadas". Se accede a ellos a través de una nueva clase de procesos exclusivos para los que todas las partículas se detectan en el estado final, como la dispersión Compton profundamente virtual. Las funciones de distribución de partones ordinarios se recuperan estableciendo en cero (límite hacia adelante) las variables adicionales en las distribuciones de partones generalizadas. Otras reglas muestran que el factor de forma eléctrico , el factor de forma magnético o incluso los factores de forma asociados al tensor de energía-momento también se incluyen en los GPD. También se puede obtener una imagen tridimensional completa de partones dentro de hadrones a partir de GPD.

Simulación

Las simulaciones de duchas de Parton se utilizan en la física computacional de partículas, ya sea en el cálculo automático de la interacción de partículas o en los generadores de desintegración o eventos , y son particularmente importantes en la fenomenología del LHC, donde generalmente se exploran mediante la simulación de Monte Carlo. La escala a la que se asignan partones a la hadronización está fijada por el programa Shower Monte Carlo. Las opciones comunes de Shower Monte Carlo son PYTHIA y HERWIG.

Ver también

Referencias

Este artículo contiene material de Scholarpedia.

Otras lecturas

enlaces externos