بارتون (فيزياء الجسيمات)

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

في فيزياء الجسيمات ، يُعد نموذج البارتون نموذجًا للهادرونات ، مثل البروتونات والنيوترونات ، اقترحه ريتشارد فاينمان . وهو مفيد لتفسير شلالات الإشعاع ( وابل البارتونات ) الناتجة عن عمليات الديناميكا اللونية الكمومية (QCD) والتفاعلات في تصادمات الجسيمات عالية الطاقة.

تاريخ

اقترح ريتشارد فاينمان نموذج البارتون عام 1969، واستُخدم في الأصل لتحليل تصادمات الهادرونات عالية الطاقة. [ 1 ] وطُبِّق هذا النموذج على التشتت غير المرن العميق بين الإلكترون والبروتون بواسطة جيمس بيوركن وإيمانويل أنتوني باشوس. [ 2 ] لاحقًا، مع الملاحظة التجريبية لتأثير بيوركن ، والتحقق من صحة نموذج الكوارك ، وتأكيد الحرية التقاربية في الديناميكا اللونية الكمومية ، تم ربط البارتونات بالكواركات والغلوونات . ولا يزال نموذج البارتون تقريبًا مقبولًا عند الطاقات العالية، وقد قام باحثون آخرون بتوسيع هذه النظرية على مر السنين.

فضل موراي جيل مان استخدام مصطلح "put-ons" للإشارة إلى البارتونات. [ 3 ]

في عام 1994، استخدم ليونارد ساسكيند البارتونات لنمذجة التصوير المجسم . [ 4 ]

نموذج

لا يرى الجسيم المشتت سوى جسيمات التكافؤ. أما عند الطاقات الأعلى، فيكتشف الجسيم المشتت أيضاً جسيمات البحر.

يمكن اعتبار أي هادرون (على سبيل المثال، بروتون ) بمثابة تركيبة من عدد من المكونات النقطية، والتي تسمى "البارتونات".

الجسيمات المكونة

كما تُصدر الشحنات الكهربائية المتسارعة إشعاعًا كهروديناميكا كمية (فوتونات)، فإن الجسيمات الملونة المتسارعة ستُصدر إشعاعًا كروماتوغرافيًا لونيًا كميًا على شكل غلوونات. وعلى عكس الفوتونات غير المشحونة، تحمل الغلوونات نفسها شحنات لونية، وبالتالي يمكنها إصدار المزيد من الإشعاع، مما يؤدي إلى وابل من الجسيمات. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

إطار مرجعي

يُعرَّف الهادرون في إطار مرجعي حيث يمتلك زخمًا لانهائيًا - وهو تقريب صحيح عند الطاقات العالية. وبالتالي، تتباطأ حركة البارتونات بفعل تمدد الزمن ، ويتقلص توزيع شحنة الهادرون بفعل لورنتز ، لذا ستتشتت الجسيمات الواردة "بشكل فوري وغير متماسك".

تُعرَّف البارتونات بالنسبة إلى مقياس فيزيائي (كما يُقاس بمعكوس نقل الزخم). على سبيل المثال، قد يكون بارتون الكوارك عند مقياس طول معين عبارة عن تراكب لحالة بارتون الكوارك مع حالة بارتون الكوارك وحالة بارتون الغلوون، بالإضافة إلى حالات أخرى تحتوي على عدد أكبر من البارتونات عند مقياس طول أصغر. وبالمثل، يمكن أن يتحلل بارتون الغلوون عند مقياس معين إلى تراكب لحالة بارتون الغلوون، وحالة بارتون الغلوون مع بارتونات الكوارك-مضاد الكوارك، وحالات أخرى متعددة البارتونات. ولهذا السبب، يزداد عدد البارتونات في الهادرون مع زيادة نقل الزخم. [ 8 ] عند الطاقات المنخفضة (أي عند مقاييس الطول الكبيرة)، يحتوي الباريون على ثلاثة بارتونات تكافؤ (كواركات)، ويحتوي الميزون على بارتونين تكافؤ (بارتون كوارك وبارتون مضاد الكوارك). أما عند الطاقات الأعلى، فتُظهر الملاحظات وجود بارتونات بحرية (بارتونات غير تكافؤية) بالإضافة إلى بارتونات التكافؤ. [ 9 ]

دوال توزيع البارتونات

دوال توزيع البارتونات CTEQ6 في مخطط إعادة التطبيع MS عند Q = 2 GeV للغلوونات (باللون الأحمر)، والكواركات العلوية (باللون الأخضر)، والسفلية (باللون الأزرق)، والغريبة (باللون البنفسجي). يُظهر الرسم البياني ناتج ضرب كسر الزخم الطولي x ودوال التوزيع f مقابل x .  

تُعرَّف دالة توزيع البارتونات (PDF) ضمن ما يُسمى بالتحليل الخطي بأنها كثافة الاحتمال لإيجاد جسيم ذي نسبة زخم طولي معينة x عند مقياس دقة Q² . ونظرًا للطبيعة غير الاضطرابية المتأصلة للبارتونات، والتي لا يمكن رصدها كجسيمات حرة، لا يمكن حساب كثافات البارتونات باستخدام نظرية الكروموديناميكا الكمية الاضطرابية (QCD). مع ذلك، يمكن ضمن نظرية QCD دراسة تغير كثافة البارتونات مع مقياس الدقة الذي توفره مسبارات خارجية. على سبيل المثال، يوفر فوتون افتراضي ذو افتراضية Q² أو نفاثة هذا المقياس . يمكن حساب المقياس من طاقة وزخم الفوتون الافتراضي أو النفاثة؛ فكلما زاد الزخم والطاقة، صغر مقياس الدقة - وهذا نتيجة لمبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ . وقد وُجد أن تغير كثافة البارتونات مع مقياس الدقة يتوافق جيدًا مع التجربة؛ [ 10 ] وهذا اختبار مهم لنظرية QCD.

تُستخلص دوال توزيع البارتونات من خلال مطابقة الكميات القابلة للرصد مع البيانات التجريبية؛ ولا يمكن حسابها باستخدام نظرية الكروموديناميكا الكمية الاضطرابية. وقد وُجد مؤخرًا أنه يمكن حسابها مباشرةً في نظرية الكروموديناميكا الكمية الشبكية باستخدام نظرية المجال الفعال ذات الزخم الكبير. [ 11 ] [ 12 ]

تتوفر دوال توزيع البارتونات المحددة تجريبياً من مجموعات بحثية مختلفة حول العالم. أهم مجموعات البيانات غير المستقطبة هي:

  • تمت أرشفة ABM في 19 يناير 2022 على موقع Wayback Machine بواسطة S. Alekhin و J. Bluemlein و S. Moch
  • CTEQ ، من تعاون CTEQ
  • ' ' GRV/GJR ' ' [ تمت إزالة الرابط ] ، من M. Glück، وP. Jimenez-Delgado، وE. Reya، وA. Vogt
  • ملفات HERA PDF، بالتعاون بين H1 و ZEUS من مركز Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) في ألمانيا
  • MSHT/MRST/MSTW/MMHT ، من إعداد AD Martin وRG Roberts وWJ Stirling وRS Thorne والمتعاونين معهم
  • NNPDF ، من تعاون NNPDF

توفر مكتبة LHAPDF [ 13 ] واجهة موحدة وسهلة الاستخدام بلغة Fortran / C++ لجميع مجموعات PDF الرئيسية.

تُعدّ توزيعات البارتونات المعممة (GPDs) منهجًا حديثًا لفهم بنية الهادرونات بشكل أفضل ، وذلك بتمثيل توزيعات البارتونات كدوال لمتغيرات إضافية، مثل الزخم العرضي والدوران المغزلي للبارتون. [ 14 ] ويمكن استخدامها لدراسة بنية الدوران المغزلي للبروتون، ولا سيما قاعدة مجموع جي التي تربط تكامل توزيعات البارتونات المعممة بالزخم الزاوي الذي تحمله الكواركات والغلوونات. [ 15 ] وقد أُطلق عليها سابقًا أسماء مثل "توزيعات البارتونات غير الأمامية" أو "غير القطرية" أو "المائلة". ويتم الوصول إليها من خلال فئة جديدة من العمليات الحصرية التي تُكتشف فيها جميع الجسيمات في الحالة النهائية، مثل تشتت كومبتون الافتراضي العميق. [ 16 ] ويتم استعادة دوال توزيع البارتونات العادية عن طريق جعل المتغيرات الإضافية في توزيعات البارتونات المعممة تساوي صفرًا (الحد الأمامي). وتُظهر قواعد أخرى أن عامل الشكل الكهربائي ، وعامل الشكل المغناطيسي ، أو حتى عوامل الشكل المرتبطة بموتر الطاقة-الزخم، تُدرج أيضًا في توزيعات البارتونات المعممة. يمكن أيضًا الحصول على صورة ثلاثية الأبعاد كاملة للجسيمات الأولية داخل الهادرونات من توزيعات الجسيمات المعممة. [ 17 ]

محاكاة

تُستخدم محاكاة وابل الجسيمات في فيزياء الجسيمات الحاسوبية ، سواءً في الحساب التلقائي لتفاعل الجسيمات أو اضمحلالها أو مولدات الأحداث ، وذلك لمعايرة وتفسير (وبالتالي فهم) العمليات في تجارب المصادمات. [ 18 ] وتكتسب هذه المحاكاة أهمية خاصة في ظواهر مصادم الهادرونات الكبير (LHC)، حيث تُدرس عادةً باستخدام محاكاة مونت كارلو .

يُحدد برنامج مونت كارلو للدُش النطاق الذي تُعطى فيه البارتونات لعملية التَكَوُّن الهادروني. ومن الخيارات الشائعة لبرنامج مونت كارلو للدُش برنامجا بيثيا وهيرويغ. [ 19 ] [ 20 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ فاينمان، آر بي (1969). "سلوك تصادمات الهادرونات عند الطاقات القصوى". تصادمات الطاقة العالية: المؤتمر الدولي الثالث في ستوني بروك، نيويورك . غوردون وبريتش . الصفحات 237-249 . ISBN  978-0-677-13950-0.
  2. ↑ بيوركن، ج.؛ باشوس، إ. (1969). "التشتت غير المرن للإلكترون-بروتون وتشتت غاما-بروتون وبنية النيوكليون". مجلة Physical Review . 185 (5): 1975-1982 . Bibcode : 1969PhRv..185.1975B . doi : 10.1103/PhysRev.185.1975 .
  3. ↑ وولفرام، ستيفن (30 مايو 2019). "تخليداً لذكرى موراي جيل مان (1929-2019)، مخترع الكواركات - كتابات ستيفن وولفرام" . writings.stephenwolfram.com . تاريخ الاسترجاع: 2 فبراير 2024 .
  4. ↑ سوسكيند، ليونارد (1995). "العالم كصورة ثلاثية الأبعاد". مجلة الفيزياء الرياضية . 36 (11): 6377-6396 . arXiv : hep-th/9409089 . Bibcode : 1995JMP....36.6377S . doi : 10.1063/1.531249 . S2CID 17316840 . 
  5. ↑ برايان ويبر (2011). مولدات أحداث مونت كارلو لوابل البارتونات. سكولاربيديا، 6(12):10662، مراجعة رقم 128236.
  6. ↑ مولدات أحداث مونت كارلو لظاهرة وابل الجسيمات. مايك سيمور، فعالية تدريبية لشبكات MC4LHC الأوروبية، 4-8 مايو 2009.
  7. ↑ الظواهر في تجارب المصادم. الجزء 5: مولدات مونت كارلو. مؤرشف بتاريخ 3 يوليو 2012 في أرشيف الإنترنت ، فرانك كراوس. المدرسة الصيفية لفيزياء الطاقة العالية، 31 أغسطس - 12 سبتمبر 2008، مختبر رذرفورد أبليتون.
  8. ↑ جي. ألتاريلي وجي. باريسي (1977). "الحرية التقاربية في لغة البارتون". الفيزياء النووية . B126 (2): 298-318 . Bibcode : 1977NuPhB.126..298A . doi : 10.1016/0550-3213(77)90384-4 .
  9. ↑ دريل، إس دي؛ يان، تي-إم. (1970). "إنتاج أزواج الليبتونات بكميات هائلة في تصادمات الهادرونات عند الطاقات العالية". رسائل المراجعة الفيزيائية . 25 (5): 316-320 . Bibcode : 1970PhRvL..25..316D . doi : 10.1103/PhysRevLett.25.316 . OSTI 1444835. S2CID 16827178 .  
    وتصحيح في: 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: untitled periodical ( link )
  10. ↑ PDG : Aschenauer, Thorne, and Yoshida, (2019). "Structure Functions", online .
  11. ↑ جي، شيانغدونغ (26-06-2013). " فيزياء البارتونات على شبكة إقليدية". رسائل المراجعة الفيزيائية . 110 (26) 262002. arXiv : 1305.1539 . Bibcode : 2013PhRvL.110z2002J . doi : 10.1103/PhysRevLett.110.262002 . PMID 23848864. S2CID 27248761 .  
  12. ↑ جي، شيانغدونغ (2014-05-07). "فيزياء البارتونات من نظرية المجال الفعال للزخم الكبير". مجلة ساينس تشاينا للفيزياء والميكانيكا وعلم الفلك . 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). "The Les Houches Agreement PDFs (LHAPDF) and LHAGLUE". arXiv : hep-ph/0508110 .{{cite arXiv}}له |last3=اسم عام ( مساعدة )
  14. ↑ دي جيه إي كالاواي؛ إس دي إليس (1984). "بنية دوران النيوكليون". فيز. ريف. د . 29 (3): 567-569 . Bibcode : 1984PhRvD..29..567C . doi : 10.1103/PhysRevD.29.567 . S2CID 15798912 . 
  15. ↑ جي، شيانغدونغ (27 يناير 1997). "تحليل ثابت المقياس لدوران النيوكليون". رسائل المراجعة الفيزيائية . 78 (4): 610-613 . arXiv : hep-ph/9603249 . Bibcode : 1997PhRvL..78..610J . doi : 10.1103/PhysRevLett.78.610 . S2CID 15573151 . 
  16. ↑ جي، شيانغدونغ (1997-06-01). "تشتت كومبتون الافتراضي العميق". مجلة Physical Review D. 55 ( 11): 7114–7125 . arXiv : hep-ph/9609381 . Bibcode : 1997PhRvD..55.7114J . doi : 10.1103/PhysRevD.55.7114 . S2CID 1975588 . 
  17. ↑ بيليتسكي، أ. ف.؛ راديوشكين، أ. ف. (2005). "كشف بنية الهادرون باستخدام توزيعات البارتونات المعممة". تقارير الفيزياء . 418 ( 1-6 ): 1-387 . arXiv : hep-ph/0504030 . Bibcode : 2005PhR...418....1B . doi : 10.1016/j.physrep.2005.06.002 . S2CID 119469719 . 
  18. ↑ سوبر، دافيسون إي. (يونيو 2009). "فيزياء وابلات البارتونات" (ملف PDF) . جامعة ولاية بنسلفانيا . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 24 مايو 2011. تم الاطلاع عليه في 17 نوفمبر 2013 .
  19. ↑ يوهان ألوال، محاكاة كاملة لأحداث المصادم ، صفحة 33. مدرسة NTU MadGraph، 25-27 مايو 2012.
  20. ↑ م. موريتي. فهم الأحداث في مصادم الهادرونات الكبير: أدوات وابلات البارتونات وعناصر المصفوفة لمحاكاة الفيزياء في مصادمات الهادرونات ،ص 19. 28/11/2006.

تحتوي هذه المقالة على مواد من موسوعة سكولاربيديا.

للمزيد من القراءة