パートン（素粒子物理学）

素粒子物理学において、パートンモデルは、リチャード・ファインマンによって提唱された、陽子や中性子などのハドロンのモデルである。これは、量子色力学（QCD）過程や高エネルギー粒子衝突における相互作用から生じる放射カスケード（パートンシャワー）を解釈する上で有用である。

パートンモデルは、1969 年にリチャード・ファインマンによって提案され、当初は高エネルギーハドロン衝突の解析に使用されました。^{[ 1 ]}ジェームズ・ビョルケンとエマニュエル・アンソニー・パスコスによって電子-陽子深非弾性散乱に適用されました。 ^{[ 2 ]}その後、ビョルケン・スケーリングの実験的観測、クォークモデルの検証、量子色力学における漸近的自由の確認により、パートンはクォークとグルーオンに対応付けられました。パートンモデルは高エネルギー領域では依然として妥当な近似であり、長年にわたって他の研究者によって理論が拡張されてきました。

マレー・ゲルマンは、パートンを指すのに「put-ons」という用語を使うことを好んだ。^{[ 3 ]}

1994年、レオナルド・サスキンドはホログラフィーをモデル化するためにパートンを使用した。^{[ 4 ]}

あらゆるハドロン（例えば陽子）は、「パートン」と呼ばれる多数の点状の構成要素の集合体と考えることができる。

いわゆる共線因子分解におけるパートン分布関数（PDF）は、分解能スケールQ ²において特定の縦方向運動量分率xを持つ粒子を見つける確率密度として定義される。自由粒子として観測できないパートンの本質的な非摂動性のため、摂動 QCD を用いてパートン密度を計算することはできない。しかし、QCD 内では、外部プローブによって提供される分解能スケールによるパートン密度の変化を研究することができる。このようなスケールは、例えば仮想性Q ^2を持つ仮想光子、またはジェットによって提供される。スケールは、仮想光子またはジェットのエネルギーと運動量から計算できる。運動量とエネルギーが大きいほど、分解能スケールは小さくなる。これはハイゼンベルクの不確定性原理の結果である。分解能スケールによるパートン密度の変化は実験とよく一致することがわかっている。^{[ 10 ]}これは QCD の重要なテストである。

パートン分布関数は、観測量を実験データにフィッティングすることによって得られます。これらは摂動QCDでは計算できません。最近、大きな運動量有効場理論を使用して格子QCDで直接計算できることがわかっています。 ^{[ 11 ] [ 12 ]}

実験的に決定されたパートン分布関数は、世界中の様々なグループから入手可能である。主な非偏極データセットは以下のとおりである。

• ABMは 、S. Alekhin、J. Bluemlein、S. Mochによって2022年1月19日にWayback Machineにアーカイブされました。
• CTEQ、CTEQコラボレーションより
• ' ' GRV/GJR ' ' ^{[リンクは削除されました]}、M. Glück、P. Jimenez-Delgado、E. Reya、A. Vogt より
• HERA PDF、ドイツのドイツ電子シンクロトロン センター (DESY) のH1およびZEUSコラボレーションによる
• MSHT/MRST/MSTW/MMHT、AD Martin、RG Roberts、WJ Stirling、RS Thorne、および共同研究者による
• NNPDF、 NNPDFコラボレーションより

LHAPDF ^{[ 13 ]}ライブラリは、主要なすべての PDF セットに対して統一された使いやすいFortran / C++インターフェースを提供します。

一般化パートン分布(GPD) は、パートン分布を横運動量やスピンなどのより多くの変数の関数として表現することで、ハドロン構造をよりよく理解するためのより新しいアプローチです。^{[ 14 ]}これらは陽子のスピン構造を研究するために使用でき、特に Ji和則はGPD の積分をクォークとグルーオンが運ぶ角運動量に関連付けます。^{[ 15 ]}初期の名称には、「非前方」、「非対角」、「歪んだ」パートン分布などがありました。これらは、すべての粒子が最終状態で検出される新しいクラスの排他的プロセス、例えば、深く仮想的なコンプトン散乱などを通じてアクセスされます。^{[ 16 ]}通常のパートン分布関数は、一般化パートン分布の余分な変数をゼロ (前方極限) に設定することによって復元されます。他の規則は、電気形状因子、磁気形状因子、あるいはエネルギー運動量テンソルに関連付けられた形状因子も GPD に含まれていることを示しています。 GPDからは、ハドロン内部のパートンの完全な3次元画像も取得できる。^{[ 17 ]}

パートンシャワーシミュレーションは、粒子相互作用や崩壊の自動計算、イベントジェネレーターなど、計算粒子物理学において、衝突実験におけるプロセスを較正および解釈（そして理解）するために役立ちます。 ^{[ 18 ]}これらは、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）の現象論において特に重要であり、通常はモンテカルロシミュレーションを使用して調査されます。

ハドロン化されるパートンのスケールは、シャワーモンテカルロプログラムによって決定されます。シャワーモンテカルロの一般的な選択肢は、PYTHIAとHERWIGです。^{[ 19 ] [ 20 ]}

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