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Partón (física de partículas)

En física de partículas , el modelo de partones es un modelo de hadrones , como protones y neutrones , propuesto por Richard Feynman . Resulta útil para interpretar las cascadas...

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

Historia

El modelo de partones fue propuesto por Richard Feynman en 1969 y se utilizó originalmente para el análisis de colisiones de hadrones de alta energía. [ 1 ] James Bjorken y Emmanuel Anthony Paschos lo aplicaron a la dispersión inelástica profunda electrón-protón. [ 2 ] Posteriormente , 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 equipararon a los quarks y gluones . El modelo de partones sigue siendo una aproximación justificable a altas energías, y otros han extendido la teoría a lo largo de los años.

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

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

Modelo

La partícula dispersora solo ve los partones de valencia. A energías más altas, la partícula dispersora también detecta los partones del mar.

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

Partículas componentes

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 gluones poseen cargas de color y, por lo tanto, pueden emitir más radiación, lo que da lugar a cascadas de partones. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

Marco de referencia

El hadrón se define en un sistema de referencia donde posee 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 del hadrón se contrae según Lorentz , de modo que las partículas incidentes se dispersarán de forma instantánea e incoherente.

Los partones se definen con respecto a una escala física (como se analiza mediante el inverso 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 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 quark-antiquark, y otros estados multipartónicos. Debido a esto, el número de partones en un hadrón 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 partón de quark y un partón de antiquark). Sin embargo, a energías más altas, las observaciones muestran partones de mar (partones no valencia) además de los partones de valencia. [ 9 ]

funciones de distribución de partones

Las funciones de distribución de partones CTEQ6 en el esquema de renormalización MS y Q  = 2  GeV para gluones (rojo), quarks up (verde), down (azul) y strange (violeta). Se muestra 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 de encontrar una partícula con una cierta fracción de momento longitudinal x en la escala de resolución Q 2 . Debido a la naturaleza inherentemente no perturbativa de los partones, que no pueden observarse como partículas libres, las densidades de partones no pueden calcularse utilizando QCD perturbativa. Sin embargo, dentro de QCD se puede estudiar la variación de la densidad de partones con la escala de resolución proporcionada por una sonda externa. Dicha escala la proporciona, por ejemplo, un fotón virtual con virtualidad Q 2 o un jet . La escala puede calcularse a partir de la energía y el momento del fotón virtual o jet; cuanto mayores sean 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 QCD.

Las funciones de distribución de partones se obtienen ajustando observables a datos experimentales; no se pueden calcular mediante QCD perturbativa. Recientemente, se ha descubierto que se pueden calcular directamente en QCD reticular utilizando la teoría de campo efectiva de gran momento. [ 11 ] [ 12 ]

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

  • ABM archivado el 19/01/2022 en Wayback Machine por S. Alekhin, J. Bluemlein, S. Moch
  • CTEQ , de la Colaboración CTEQ
  • GRV/GJR , de M. Glück, P. Jiménez-Delgado, E. Reya y A. Vogt
  • PDF de HERA , mediante 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 [ 13 ] proporciona una interfaz Fortran / C++ unificada y fácil de usar para todos los conjuntos de PDF principales.

Las distribuciones de partones generalizadas (GPD) son un enfoque más reciente para comprender mejor la estructura hadrónica 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 suma de Ji relaciona la integral de las GPD con el momento angular transportado por quarks y gluones. [ 15 ] Los nombres iniciales 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 cuales todas las partículas se detectan en el estado final, como la dispersión Compton virtual profunda. [ 16 ] Las funciones de distribución de partones ordinarias se recuperan estableciendo a 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 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 cascadas de partones son útiles en la física computacional de partículas, ya sea en el cálculo automático de la interacción de partículas o de los generadores de desintegración o eventos , para 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 simulaciones de Monte Carlo .

La escala a la que se administran los partones a la hadronización viene fijada por el programa Shower Monte Carlo. Las opciones más comunes para Shower Monte Carlo son PYTHIA y HERWIG. [ 19 ] [ 20 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Feynman, RP (1969). «El comportamiento de las colisiones de hadrones a energías extremas». Colisiones de alta energía: Tercera Conferencia Internacional en Stony Brook, NY . Gordon & Breach . págs. 237–249 . ISBN  978-0-677-13950-0.
  2. ↑ Bjorken, J.; Paschos, E. (1969). "Dispersión inelástica electrón-protón y γ-protón y la estructura del nucleón". Physical Review . 185 (5): 1975– 1982. Bibcode : 1969PhRv..185.1975B . doi : 10.1103/PhysRev.185.1975 .
  3. ↑ Wolfram, Stephen (30 de mayo de 2019). "En memoria de Murray Gell-Mann (1929-2019), inventor de los quarks: escritos de Stephen Wolfram" . writings.stephenwolfram.com . Consultado el 2 de febrero de 2024 .
  4. ↑ Susskind, Leonard (1995). "El mundo como un holograma". Journal of Mathematical Physics . 36 (11): 6377– 6396. arXiv : hep-th/9409089 . Bibcode : 1995JMP....36.6377S . doi : 10.1063/1.531249 . S2CID 17316840 . 
  5. ↑ Bryan Webber (2011). Generadores de eventos de Monte Carlo de lluvia de partones. Scholarpedia, 6(12):10662., revisión #128236.
  6. ↑ Generadores de eventos de Monte Carlo para lluvia de partones. Mike Seymour, MC4LHC. Evento de capacitación de la red de la UE, del 4 al 8 de mayo de 2009.
  7. ↑ Fenomenología en experimentos de colisionadores. Parte 5: Generadores MC Archivado el 3 de julio de 2012 en Wayback Machine , Frank Krauss. Escuela de Verano de Física de Altas Energías 31.8.-12.9.2008, RAL.
  8. ↑ G. Altarelli y G. Parisi (1977). "Libertad asintótica en el lenguaje de partones". Física nuclear . B126 (2): 298– 318. Bibcode : 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 errata 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 de estructura", en línea .
  11. ↑ Ji, Xiangdong (26-06-2013). " Física de partones en una red euclidiana". Physical Review Letters . 110 (26) 262002. arXiv : 1305.1539 . Bibcode : 2013PhRvL.110z2002J . doi : 10.1103/PhysRevLett.110.262002 . PMID 23848864. S2CID 27248761 .  
  12. ↑ Ji, Xiangdong (2014-05-07). "Física de partones a partir de la teoría de campo efectiva 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; Grupo, 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. Bibcode : 1984PhRvD..29..567C . doi : 10.1103/PhysRevD.29.567 . S2CID 15798912 . 
  15. ↑ Ji, Xiangdong (1997-01-27). "Descomposición invariante de gauge del espín del nucleón". Physical Review Letters . 78 (4): 610– 613. arXiv : hep-ph/9603249 . Bibcode : 1997PhRvL..78..610J . doi : 10.1103/PhysRevLett.78.610 . S2CID 15573151 . 
  16. ↑ Ji, Xiangdong (1997-06-01). "Dispersión Compton virtual profunda". Physical Review D . 55 (11): 7114– 7125. arXiv : hep-ph/9609381 . Bibcode : 1997PhRvD..55.7114J . doi : 10.1103/PhysRevD.55.7114 . S2CID 1975588 . 
  17. ↑ Belitsky, AV; Radyushkin, AV (2005). "Desentrañando la estructura hadrónica con distribuciones de partones generalizadas". Physics Reports . 418 ( 1– 6): 1– 387. arXiv : hep-ph/0504030 . Bibcode : 2005PhR...418....1B . doi : 10.1016/j.physrep.2005.06.002 . S2CID 119469719 . 
  18. ↑ Soper, Davison E. (junio de 2009). "La física de las cascadas de partones" (PDF) . Universidad Estatal de Pensilvania . Archivado del original (PDF) el 24 de mayo de 2011. Recuperado el 17 de noviembre de 2013 .
  19. ↑ Johan Alwall, Simulación completa de eventos de colisionadores , pág. 33. Escuela MadGraph de la NTU, 25-27 de mayo de 2012.
  20. ↑ M Moretti. Comprensión de los eventos en el LHC: cascadas de partones y herramientas de elementos de matriz para la simulación física en los colisionadores hadrónicos ,pág. 19. 28/11/2006.

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Lecturas adicionales

  • Glück, M.; Reya, E.; Vogt, A. (1998). "Distribuciones dinámicas de partones revisadas". European Physical Journal C . 5 (3): 461– 470. arXiv : hep-ph/9806404 . Bibcode : 1998EPJC....5..461G . doi : 10.1007/s100529800978 . S2CID 119842774 . 
  • Hoodbhoy, PA (2006). "Distribuciones de partones generalizadas" (PDF) . Centro Nacional de Física y Universidad Quaid-e-Azam . Archivado del original (PDF) el 31 de marzo de 2017. Recuperado el 6 de abril de 2011 .
  • Ji, X. (2004). "Distribuciones generalizadas de partones" . Annual Review of Nuclear and Particle Science . 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.; Tung, W. (2004). "Distribuciones de partones CTEQ6 con efectos de masa de quarks pesados". Physical Review D . 69 (11) 114005. arXiv : hep-ph/0307022 . Bibcode : 2004PhRvD..69k4005K . doi : 10.1103/PhysRevD.69.114005 . S2CID 119379329 . 
  • Martin, AD; Roberts, RG; Stirling, WJ; Thorne, RS (2005). "Distribuciones de partones que incorporan contribuciones de QED". European Physical Journal C . 39 (2): 155– 161. arXiv : hep-ph/0411040 . Bibcode : 2005EPJC...39..155M . doi : 10.1140/epjc/s2004-02088-7 . S2CID 14743824 . {{cite journal}}: CS1 maint: DOI gratuito sin marcar ( enlace )
  • Feltesse, Joël (2010). "Introducción a las funciones de distribución de Parton" . Scholarpedia . 5 (11) 10160. Bibcode : 2010SchpJ...510160F . doi : 10.4249/scholarpedia.10160 . ISSN 1941-6016 . 
  • Física de generadores de eventos ( http://www.hep.phy.cam.ac.uk/theory/webber/MCnet/MClecture2.pdf )
  • "Introducción a la QCD" . people.phys.ethz.ch . Consultado el 4 de agosto de 2022 .
  • http://www.kceta.kit.edu/grk1694/img/2013_10_01_Hangst.pdf
  • http://d-nb.info/1008230227/34
  • Marcantonini, Claudio (2010). Aplicación de SCET a las duchas de partones (Tesis). Instituto Tecnológico de Massachusetts. hdl : 1721.1/62649 .
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