Parton (fizyka)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Parton (z ang. part – część) – cząstka elementarna będąca składnikiem hadronów (mezonów i barionów). Pojęcie wprowadzone w roku 1969 przez Richarda Feynmana do opisu wysokoenergetycznych zderzeń hadronów. Współcześnie traktowane często jako zbiorcza nazwa dla kwarków i gluonów, ale stosowane jest ono wyłącznie w kontekście analizy wysokoenergetycznych zderzeń hadronów i rozpraszania głęboko nieelastycznego.

Historia[edytuj | edytuj kod]

W roku 1968 Feynman zainteresował się ponownie fizyką silnych oddziaływań. Próbując zrozumieć zjawiska zachodzące podczas zderzeń hadronów stworzył prosty model, w którym hadrony złożone były z punktowych cząstek i zauważył, że przy bardzo wysokich energiach zderzających się hadronów, ich składniki (partony) zachowują się jak cząstki swobodne, a zderzenie można w przybliżeniu opisać jak zderzenie dwóch partonów, z których każdy niesie pewną część pędu „swojego” hadronu. Dwa zderzające się partony ulegają rozproszeniu, zaś reszta kontynuuje swój ruch. Używając tego prostego modelu Feynman był w stanie wyliczyć pewne własności stanów końcowych w takich zderzeniach[1].

Latem 1968 roku Feynman odwiedził Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), gdzie kilka miesięcy wcześniej uruchomiono największy na świecie akcelerator liniowy elektronów i używano go do badań rozpraszania elektronów na protonach przy wysokich energiach. Zaprezentowano mu tam pierwsze wyniki tych eksperymentów, pokazujące zjawisko nazwane „skalowaniem” – częstsze od oczekiwanego pojawianie się rozproszonych elektronów z dużym pędem poprzecznym w stosunku do kierunku lotu wiązki. Feynman doznał wówczas olśnienia[2], zrozumiał, że jego model partonowy stosuje się również do zderzeń elektron-hadron (elektron zderza się wówczas z jednym z partonów) i przewiduje zależność przekroju czynnego od pędu poprzecznego zgodną z zaobserwowaną w eksperymencie.

Zachęcony tym sukcesem Feynman dopracował swój model i opublikował go w roku 1969[3][4]. W pracach tych nie tylko przedstawił model partonów, ale wprowadził też ważny podział eksperymentów zderzeniowych na ekskluzywne, w których mierzone są energie i pędy wszystkich cząstek po reakcji, i inkluzywne, w których mierzy się tylko niektóre produkty. Pokazał, jak wyniki eksperymentów inkluzywnych mogą być użyte do uzyskania informacji o budowie hadronów.

Należy zwrócić uwagę, że Feynman, tworząc model partonów, doskonale znał opublikowaną kilka lat wcześniej hipotezę kwarków Gell-Manna i Zweiga (opublikował nawet w roku 1964 wspólnie z nimi pracę na temat modelu kwarkowego[5]). Całkowicie świadomie unikał jednak identyfikacji partonów z kwarkami, aby podkreślić, że jego rozważania mają charakter ogólny, niezależny od natury partonów ani teorii opisującej ich oddziaływania[1]. Ponadto formalnie partonem dla Feynmana była każda cząstka (także wirtualna), która może „znaleźć się” w protonie, a więc także na przykład foton czy elektron.

Przeprowadzone w początkach lat 70. XX wieku eksperymenty rozproszeniowe potwierdziły istnienie punktowych cząstek (partonów) w hadronach, zmierzyły ładunki elektryczne naładowanych partonów, które okazały się zgodne z przewidywanymi przez Gell-Manna ładunkami kwarków i stwierdziły, że około połowa pędu protonu niesiona jest przez obojętne elektrycznie partony, zidentyfikowane z gluonami[2].

Przypisy

  1. 1,0 1,1 Richard P. Feynman, Laurie M. Brown (ed.): Selected Papers of Richard Feynman With Commentary. River Edge NJ: World Scientfic, 2000, s. 487–489, seria: World Scientific Series in 20th Century Physics. ISBN 9789810241308.
  2. 2,0 2,1 Lawrence M. Krauss: Quantum Man: Richard Feynman's Life in Science. New York: W. W. Norton & Company Inc., 2011, seria: Great Discoveries. ISBN 978-0-393-08054-4.
  3. Richard P. Feynman. Very high-energy collisions of hadrons. „Phys. Rev. Lett.”. 23 (24), s. 1415–1417, 1969-12-15. doi:10.1103/PhysRevLett.23.1415 (ang.). 
  4. Richard P. Feynman: The Behavior of Hadron Collisions at Extreme Energies. W: High Energy Collisions. Londyn: Gordon and Breach, 1969, s. 237–256.
    Richard P. Feynman, Laurie M. Brown (ed.): Selected Papers of Richard Feynman With Commentary. River Edge NJ: World Scientfic, 2000, s. 497–518, seria: World Scientific Series in 20th Century Physics. ISBN 9789810241308.
  5. R.P. Feynman, M. Gell-Mann, G. Zweig. Group U(6)\otimesU(6) Benerated by Current Components. „Phys. Rev. Lett.”. 13 (22), s. 678–680, 1964. 

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]