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Parton (física de partículas)

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

Historia

El modelo de partones fue propuesto por Richard Feynman en 1969, utilizado originalmente para el análisis de colisiones de hadrones de alta energía. [1] Fue aplicado a la dispersión inelástica profunda electrón - protón por James Bjorken y Emmanuel Anthony Paschos. [2] Más tarde, con la observación experimental del escalamiento de Bjorken , la validación del modelo de quarks y la confirmación de la libertad asintótica en la cromodinámica cuántica , los partones se combinaron con quarks y gluones . El modelo de partones sigue siendo una aproximación justificable a altas energías, y otros [ ¿quiénes? ] han extendido la teoría [ ¿cómo? ] a lo largo de los años.

Murray Gell-Mann prefería utilizar el término "put-ons" para referirse a los partones. [3]

En 1994, Leonard Susskind utilizó partones para modelar la holografía . [4]

Modelo

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

Cualquier hadrón (por ejemplo, un protón ) puede considerarse como una composición de una serie de constituyentes puntuales, denominados "partones".

Partículas componentes

De la misma manera que 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 gluones portan cargas de color y, por lo tanto, pueden emitir más radiación, lo que da lugar a lluvias de partones. [5] [6] [7]

Marco de referencia

El hadrón se define en un marco de referencia en el que tiene un momento infinito, una aproximación válida a altas energías. Por lo tanto, el movimiento de los partones se ralentiza por la dilatación del tiempo y la distribución de carga de los hadrones está contraída por Lorentz , por lo que las partículas entrantes se dispersarán "instantáneamente e incoherentemente". [ cita requerida ]

Los partones se definen con respecto a una escala física (como se prueba por la inversa de la transferencia de momento). [ aclaración necesaria ] 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 estado de partón de quark y un estado de partón de gluón junto con otros estados con más partones en una escala de longitud menor. De manera similar, un partón de gluón en una escala puede resolverse en una superposición de un estado de partón de gluón, un estado de partón de gluón y partones de quark-antiquark y otros estados multipartón. Debido a esto, el número de partones en un hadrón en realidad aumenta con la transferencia de momento. [8] A bajas energías (es decir, grandes escalas de longitud), un barión contiene tres partones de valencia (quarks) y un mesón contiene dos partones de valencia (un quark y un partón de antiquark). Sin embargo, a energías más altas, las observaciones muestran mar de partones (partones de no valencia) además de partones de valencia. [9]

Funciones de distribución de Parton

Funciones de distribución de partones del CTEQ6 en el esquema de renormalización MS y Q  = 2 GeV para los quarks gluones (rojo), up (verde), down (azul) y strange (violeta). Se representa gráficamente el producto de la fracción de momento longitudinal x y las funciones de distribución f en función de x .

Una función de distribución de partones (PDF) dentro de la llamada 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 no perturbativa inherente de los partones que no se pueden observar como partículas libres, las densidades de partones no se pueden calcular utilizando QCD perturbativa. Sin embargo, dentro de la QCD se puede estudiar la variación de la densidad de partones con la escala de resolución proporcionada por una sonda externa. Dicha escala es proporcionada por ejemplo por un fotón virtual con virtualidad Q 2 o por un jet . La escala se puede calcular a partir de la energía y el momento del fotón o jet virtual; cuanto mayor sea el momento 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 de partones con la escala de resolución concuerda bien con el experimento; [10] esta es una prueba importante de la QCD.

Las funciones de distribución de Parton se obtienen ajustando los observables a los datos experimentales; no se pueden calcular utilizando QCD perturbativo. Recientemente, se ha descubierto que se pueden calcular directamente en QCD reticular utilizando la teoría de campos efectivos de gran momento. [11] [12]

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

La biblioteca LHAPDF [13] proporciona una interfaz Fortran / C++ unificada y fácil de usar para todos los principales conjuntos de PDF.

Las distribuciones de partones 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 espín del partón. [14] Se pueden usar para estudiar la estructura de espín del protón, en particular, la regla de la suma Ji relaciona la integral de las GPD con el momento angular transportado por quarks y gluones. [15] Los primeros nombres incluían distribuciones de partones "no directas", "no diagonales" o "sesgadas". Se accede a ellas a través de una nueva clase de procesos exclusivos para los que se detectan todas las partículas en el estado final, como la dispersión Compton profundamente virtual. [16] Las funciones de distribución de partones ordinarias se recuperan fijando en cero (límite directo) 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 las GPD. También se puede obtener una imagen tridimensional completa de los partones dentro de los hadrones a partir de GPD. [17]

Simulación

Las simulaciones de lluvias de Partones son útiles en física de partículas computacional , ya sea en el cálculo automático de la interacción o desintegración de partículas o en los generadores de eventos , con el fin de calibrar e interpretar (y así comprender) los procesos en los experimentos de colisionadores. [18] Son particularmente importantes en la fenomenología del gran colisionador de hadrones (LHC), donde generalmente se exploran utilizando simulación de Monte Carlo.

La escala en la que se asignan los partones a la hadronización está determinada por el programa de Monte Carlo de Shower. Las opciones más comunes de Monte Carlo de Shower son PYTHIA y HERWIG. [19] [20]

Véase también

Referencias

  1. ^ Feynman, RP (1969). "El comportamiento de las colisiones de hadrones en energías extremas". High Energy Collisions: Third International Conference en Stony Brook, NY . Gordon & Breach . págs. 237–249. ISBN. 978-0-677-13950-0.
  2. ^ Bjorken, J.; Paschos, E. (1969). "Dispersión inelástica de electrones-protones y γ-protones y la estructura del nucleón". Physical Review . 185 (5): 1975–1982. Código Bibliográfico :1969PhRv..185.1975B. doi :10.1103/PhysRev.185.1975.
  3. ^ "Recordando a Murray Gell-Mann (1929-2019), inventor de los quarks: escritos de Stephen Wolfram". writings.stephenwolfram.com . 2019-05-30 . Consultado el 2024-02-02 .
  4. ^ Susskind, Leonard (1995). "El mundo como un holograma". Revista de Física Matemática . 36 (11): 6377–6396. arXiv : hep-th/9409089 . Código Bibliográfico :1995JMP....36.6377S. doi :10.1063/1.531249. S2CID  17316840.
  5. ^ Bryan Webber (2011). Generadores de eventos de Monte Carlo de la lluvia de Parton. Scholarpedia, 6(12):10662., revisión #128236.
  6. ^ Generadores de eventos de Monte Carlo de Parton Shower. Mike Seymour, evento de capacitación de MC4LHC EU Networks del 4 al 8 de mayo de 2009.
  7. ^ Fenomenología en experimentos con colisionadores. Parte 5: generadores MC Archivado el 3 de julio de 2012 en Wayback Machine , Frank Krauss. Escuela de verano de HEP 31.8.-12.9.2008, RAL.
  8. ^ G. Altarelli y G. Parisi (1977). "Libertad asintótica en el lenguaje de Parton". Física nuclear . B126 (2): 298–318. Código Bibliográfico :1977NuPhB.126..298A. doi :10.1016/0550-3213(77)90384-4.
  9. ^ Drell, SD; Yan, T.-M. (1970). "Producción masiva de pares de leptones en colisiones hadrón-hadrón a altas energías". Physical Review Letters . 25 (5): 316–320. Bibcode :1970PhRvL..25..316D. doi :10.1103/PhysRevLett.25.316. OSTI  1444835. S2CID  16827178.
    Y fe de erratas en Drell, SD; Yan, T.-M. (1970). Physical Review Letters . 25 (13): 902. Bibcode :1970PhRvL..25..902D. doi : 10.1103/PhysRevLett.25.902.2 . OSTI  1444835.{{cite journal}}: CS1 maint: publicación periódica sin título ( enlace )
  10. ^ PDG : Aschenauer, Thorne y Yoshida, (2019). "Funciones estructurales", en línea.
  11. ^ Ji, Xiangdong (26 de junio de 2013). "Física de Parton en una red euclidiana". Physical Review Letters . 110 (26): 262002. arXiv : 1305.1539 . Código Bibliográfico :2013PhRvL.110z2002J. doi :10.1103/PhysRevLett.110.262002. PMID  23848864. S2CID  27248761.
  12. ^ Ji, Xiangdong (7 de mayo de 2014). "Física de Parton a partir de la teoría de campos efectivos de gran momento". Science China Physics, Mechanics & Astronomy . 57 (7): 1407–1412. arXiv : 1404.6680 . Bibcode :2014SCPMA..57.1407J. doi :10.1007/s11433-014-5492-3. ISSN  1674-7348. S2CID  119208297.
  13. ^ Whalley, MR; Bourilkov, D; Group, RC (2005). "Los PDF del acuerdo de Les Houches (LHAPDF) y LHAGLUE". arXiv : hep-ph/0508110 . {{cite arXiv}}: |last3=tiene nombre genérico ( ayuda )
  14. ^ DJE Callaway; SD Ellis (1984). "Estructura de espín del nucleón". Phys. Rev. D . 29 (3): 567–569. Código Bibliográfico :1984PhRvD..29..567C. doi :10.1103/PhysRevD.29.567. S2CID  15798912.
  15. ^ Ji, Xiangdong (27 de enero de 1997). "Descomposición invariante de calibre del espín del nucleón". Physical Review Letters . 78 (4): 610–613. arXiv : hep-ph/9603249 . Código Bibliográfico :1997PhRvL..78..610J. doi :10.1103/PhysRevLett.78.610. S2CID  15573151.
  16. ^ Ji, Xiangdong (1997-06-01). "Dispersión Compton profundamente virtual". Physical Review D . 55 (11): 7114–7125. arXiv : hep-ph/9609381 . Código Bibliográfico :1997PhRvD..55.7114J. doi :10.1103/PhysRevD.55.7114. S2CID  1975588.
  17. ^ Belitsky, AV; Radyushkin, AV (2005). "Descifrando la estructura de los hadrones con distribuciones de partones generalizadas". Physics Reports . 418 (1–6): 1–387. arXiv : hep-ph/0504030 . Código Bibliográfico :2005PhR...418....1B. doi :10.1016/j.physrep.2005.06.002. S2CID  119469719.
  18. ^ Soper, Davison E. (junio de 2009). «La física de las lluvias de partones» (PDF) . Universidad Estatal de Pensilvania . Archivado desde el original (PDF) el 24 de mayo de 2011. Consultado el 17 de noviembre de 2013 .
  19. ^ Johan Alwall, Simulación completa de eventos de colisionador, pág. 33. Escuela MadGraph de NTU, 25 al 27 de mayo de 2012.
  20. ^ M Moretti. Entendiendo los eventos en el LHC: Lluvias de Partones y herramientas de Elementos de Matriz para simulación física en los colisionadores hadrónicos, [ enlace roto ] p. 19. 28/11/2006.

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Lectura adicional

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