Parton (fizyka)

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.

Zobacz też: inne znaczenia nazwy Parton.

Historia

W roku 1968 Feynman zainteresował się ponownie fizyką oddziaływań silnych. 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].

Zobacz też

• preony