Парто́н (от — часть) — общее название точечноподобной составляющей адрона, на которой происходит рассеяние в процессе с большим переданным импульсом. В современной квантовой хромодинамике (КХД) партонами обычно называют кварки, антикварки и глюоны.
Партон не является отдельным видом элементарной частицы: это название кварковой или глюонной степени свободы, разрешаемой в конкретном высокоэнергетическом процессе. Поэтому адрону нельзя приписать неизменное число партонов — наблюдаемое партонное содержание зависит от масштаба разрешения и принятой схемы факторизации. Из-за конфайнмента свободные партоны не наблюдаются.
История Партонную модель сформулировал Ричард Фейнман в конце 1960-х годов. В опубликованной в 1969 году работе он применил представление о точечноподобных составляющих адрона к описанию столкновений адронов при очень высоких энергиях. Название «партон» первоначально не предполагало определённой природы этих объектов.
В том же году Джеймс Бьёркен и Эммануэль Пасхос применили партонное представление к глубоко неупругому рассеянию электронов и фотонов на протонах. В их модели быстрый электрон рассеивается некогерентно на одной из точечноподобных составляющих протона.
Эксперименты по глубоко неупругому электрон-протонному рассеянию, проведённые в конце 1960-х годов в SLAC, показали приближённый скейлинг Бьёркена. Слабая зависимость структурных функций протона от переданного импульса свидетельствовала о наличии внутри протона точечноподобных заряженных объектов.
После создания КХД и открытия её свойства асимптотической свободы партонное описание получило теоретическое обоснование. Кварки и антикварки были отождествлены с заряженными партонами, а глюоны — с электрически нейтральными партонами, переносящими цветовой заряд.
Партонная модель
В системе отсчёта, в которой импульс адрона значительно превышает его массу, длительность жёсткого взаимодействия мала по сравнению с характерным временем изменения внутреннего состояния адрона. Поэтому во время рассеяния адрон можно приближённо рассматривать как совокупность почти свободных партонов. Внешняя частица взаимодействует с одним партоном, тогда как остальные выступают в роли наблюдателей.
В простейшей версии модели каждый партон несёт некоторую долю продольного импульса адрона:
где — импульс адрона.
В глубоко неупругом рассеянии вводится переменная Бьёркена
где — четырёхимпульс начального адрона, а — четырёхимпульс, переданный ему рассеивающейся частицей. В партонной модели на низшем порядке теории возмущений совпадает с долей импульса, которую несёт поражённый партон. За пределами низшего порядка такое отождествление является только приближённым.
Партонные функции распределения Распределение партонов внутри адрона описывается партонными функциями распределения — PDF (от ). Функцию распределения партона типа в адроне обозначают
где — доля продольного импульса адрона, а — масштаб факторизации, обычно выбираемый порядка характерного переданного импульса процесса.
В наивной партонной модели и на низшем порядке величину
можно интерпретировать как среднее число партонов типа , несущих долю импульса от до . В полной КХД партонные функции являются непертурбативными и зависят не только от масштаба, но и от схемы факторизации, поэтому их вероятностная интерпретация за пределами низшего порядка ограничена.
Кварковые распределения условно разделяют на:
валентные распределения, разность которых определяет результирующие ароматовые квантовые числа адрона:
морские распределения, соответствующие кварк-антикварковым парам, возникающим вследствие квантовых флуктуаций и партонных расщеплений.
Кроме кварков и антикварков, существенную часть импульса адрона могут нести глюоны.
Партонные функции извлекают из совместного анализа экспериментальных данных по глубоко неупругому рассеянию и другим жёстким процессам. Для многих таких процессов эффективное сечение представляется в факторизованном виде. Например, для столкновения двух адронов схематически выполняется
где — вычисляемое в теории возмущений сечение столкновения партонов и . Благодаря факторизации одни и те же партонные функции могут применяться при расчёте различных физических процессов.
Масштабная зависимость Наивная модель невзаимодействующих точечных партонов предсказывает точный скейлинг Бьёркена: структурные функции должны зависеть от , но не от . В КХД этот скейлинг нарушается логарифмически из-за испускания глюонов и процессов партонного расщепления:
Зависимость партонных функций от масштаба описывается уравнением ДГЛАП. В схематическом виде оно записывается как
где — константа сильного взаимодействия, — функции расщепления, а символ обозначает свёртку по доле импульса.
При увеличении масштаба разрешения становятся различимы всё более сложные кварк-глюонные конфигурации. Поэтому число партонов в адроне не является постоянной величиной. Асимптотическая свобода приводит к уменьшению на малых расстояниях и позволяет вычислять жёсткое партонное рассеяние с помощью теории возмущений.
После жёсткого рассеяния цветной партон испускает другие партоны, образуя партонный ливень, а затем в результате адронизации превращается в систему бесцветных адронов. В эксперименте такая система часто регистрируется как струя.
См. также Современное состояние теории сильных взаимодействий Кварк Глюон Асимптотическая свобода Конфайнмент
Примечания
Литература Ефремов А. В. Партоны — статья в Физической энциклопедии
Ссылки Parton distribution functions — from HEPDATA: The Durham HEP Databases CTEQ6 parton distribution functions
Функции распределения партонов CTEQ Collaboration, S. Kretzer et al., «CTEQ6 Parton Distributions with Heavy Quark Mass Effects», Phys. Rev. D69, 114005 (2004). M. Glück, E. Reya, A. Vogt, «Dynamical Parton Distributions Revisited», Eur. Phys. J. C5, 461—470 (1998). A. D. Martin et al., «Parton distributions incorporating QED contributions», Eur. Phys. J. C39, 155 161 (2005). X. Ji, «Generalized Parton Distributions», Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 54, 413-50 (2004).
Категория:Физика элементарных частиц Категория:Глюоны Категория:Кварки Категория:Стандартная модель Категория:Квантовая хромодинамика Категория:Ричард Фейнман Категория:1969 год в науке Категория:Адроны Категория:Рассеяние