쪽입자

3. 모형

전자와 양성자의 비탄성 산란에서 충격량이 클수록 '''뵤르켄 스케일링'''(Bjorken scaling^영어) 현상이 나타난다는 것이 쪽입자 모형의 예측이었다.^[27] 이는 곧 실험으로 증명되었다. 이후 쿼크 모형이 확인되고 양자색역학에서 점근 자유성이 확정되면서, 쪽입자가 쿼크와 글루온이라는 사실이 밝혀졌다. 쪽입자 모형은 높은 에너지에서 유효한 근사로 남았으며, 이후 여러 학자들에 의해 확장되었다.

양자색역학 결합 상태의 비섭동적 효과 때문에 쪽입자 분포 함수는 섭동 색역학으로 얻을 수 없다. 현재 격자 색역학 계산의 한계로 인해 알려진 쪽입자 분포함수는 실험적으로 얻는다.

3. 1. 기본 가정

3. 2. 기준 좌표계

3. 3. 산란 과정

3. 4. 가전자(Valence Parton)와 해양 쪽입자(Sea Parton)

3. 5. 쪽입자 샤워

4. 쪽입자 분포 함수 (Parton Distribution Function, PDF)

전자와 양성자의 비탄성 산란에서 충격량이 클 때 나타나는 '''뵤르켄 스케일링'''(Bjorken scaling^영어) 현상은 실험적으로 증명되었으며,^[27] 이를 통해 쪽입자가 쿼크와 글루온임이 밝혀졌다.

QCD 결합 상태의 비섭동적 효과로 인해, 쪽입자 분포 함수는 섭동적 방법으로 얻을 수 없다.

'''쪽입자 분포 함수'''(parton distribution function^영어)는 특정 운동량에서 쪽입자를 발견할 확률 밀도 함수이다. 이는 실험을 통해 측정된다.

일반화된 쪽입자 분포(GPD)는 쪽입자의 횡운동량과 스핀 같은 변수를 추가하여 강입자 구조를 더 자세히 이해하기 위한 접근 방식이다. 일반 쪽입자 분포 함수는 GPD에서 추가 변수를 적분하여 얻을 수 있다.

4. 1. 정의

[http://lhapdf.hepforge.org/ ''LHAPDF'']^[13] 라이브러리는 모든 주요 PDF 세트에 대한 통합되고 사용하기 쉬운 포트란/C++ 인터페이스를 제공한다.

4. 2. 비섭동적 성질

4. 3. 실험적 측정

[http://lhapdf.hepforge.org/ ''LHAPDF''] ^[23] 라이브러리는 주요 PDF 세트 모두에 대응하는 사용하기 쉬운 포트란/C++ 인터페이스를 제공하고 있다.

"일반화된 파톤 분포 함수(GPDF)"는 파톤 분포 함수의 변수에 횡운동량이나 파톤의 스핀 등의 변수를 추가하여 강입자의 구조를 더 잘 이해하려는 새로운 접근 방식이다.^[14] 이전에는 "비전방(non-forward)", "비대각(non-diagonal)", "왜곡된(skewed)" 파톤 분포 함수라고 불리기도 했다. 이들은 종단 상태에서 모든 입자가 감지되는 폐쇄 프로세스를 통해 얻을 수 있다. 일반화된 파톤 분포 함수의 추가 변수를 0으로 설정(전방 극한, forward limit)하면 일반적인 파톤 분포 함수를 얻을 수 있다. 다른 규칙에서는 전기적 형태 인자, 자기적 형태 인자, 나아가 에너지-운동량 텐서와 관련된 형태 인자가 GPDF에 포함되어 있음을 나타낸다. 하드론 내부 파톤의 완전한 3차원 상은 GPDF에서 얻을 수 있다.^[24]

4. 4. 분해능 스케일 (Resolution Scale)

LHAPDF^[13] 라이브러리는 모든 주요 PDF 세트에 대한 통합되고 사용하기 쉬운 포트란/C++ 인터페이스를 제공한다.

소위 "공선 인자 분해" 범위 내의 파톤 분포 함수는 특정 종운동량 역수 ''x'' 에 분해능 스케일 ''Q''² 에서 입자를 찾을 확률 밀도 함수로 정의된다. 파톤이 자유 입자로 관측될 수 없다는 고유한 비섭동적 성질로 인해 파톤 밀도는 섭동적 QCD에 의해 완전히 얻을 수 없다. 그러나 QCD의 범위 내에서 파톤 밀도의 변화는 외부 프로브에 의해 제공되는 분해능 스케일에서 조사할 수 있다. 이 스케일은 예를 들어 가상성 ''Q''² 의 가상 광자 또는 제트에 의해 제공된다. 현재 격자 QCD 계산의 한계로 인해, 알려진 파톤 분포 함수는 대신 실험 데이터를 가관측량에 피팅하여 얻어진다.

''일반화된 파톤 분포 함수''(GPD)는 파톤 분포를 파톤의 횡운동량 및 스핀과 같은 더 많은 변수의 함수로 나타내어 강입자 구조를 더 잘 이해하기 위한 보다 최근의 접근 방식이다.^[14] 이를 사용하여 양성자의 스핀 구조, 특히 GPD의 적분을 쿼크와 글루온이 전달하는 각운동량과 관련된 지 합 규칙을 연구할 수 있다.^[15] 초기 이름에는 "비전방", "비대각" 또는 "왜곡된" 파톤 분포가 포함되었다. 이들은 최종 상태에서 모든 입자가 감지되는 새로운 종류의 배타적 과정을 통해 접근할 수 있다(예: 심하게 가상적인 콤프턴 산란).^[16] 일반적인 파톤 분포 함수는 일반화된 파톤 분포에서 추가 변수를 0(전방 제한)으로 설정하여 복구된다. 다른 규칙은 전기적 형태 인자, 자기적 형태 인자 또는 에너지-운동량 텐서와 관련된 형태 인자도 GPD에 포함되어 있음을 보여준다. 또한 GPD에서 강입자 내부의 파톤에 대한 완전한 3차원 이미지를 얻을 수 있다.^[17]

4. 5. 주요 쪽입자 분포 함수 데이터 세트

[http://lhapdf.hepforge.org/ LHAPDF]^[13] 라이브러리는 위에 소개된 모든 주요 PDF 세트에 대해 통합되고 사용하기 쉬운 포트란/C++ 인터페이스를 제공한다.

5. 일반화된 쪽입자 분포 함수 (Generalized Parton Distribution Function, GPD)

일반 쪽입자 분포(Generalized Parton Distribution Function, GPD)는 쪽입자의 횡운동량과 스핀 등 더 많은 변수를 사용하여 쪽입자 분포를 나타냄으로써 하드론 구조를 더 잘 이해하기 위한 최근의 접근 방식이다. 일반 쪽입자 분포는 충돌기 과정의 낮은 운동량을 더 자세하게 기술하는 것을 목표로 한다. 일반 쪽입자 분포에서 추가 변수에 대해 적분하면 보통의 쪽입자 분포 함수를 얻을 수 있다.^{[28][29][30][31]}

5. 1. 추가 변수

5. 2. 전방 극한 (Forward Limit)

6. 시뮬레이션

입자 샤워 시뮬레이션은 계산 입자 물리학에서 입자 상호 작용 또는 붕괴 자동 계산 또는 사건 발생기에 사용되어, 콜라이더 실험에서 과정을 보정하고 해석(이해)하는 데 사용된다.^[18] 이는 주로 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하여 탐구되는 거대 강입자 충돌기(LHC) 현상에서 특히 중요하다.

입자가 강입자화에 제공되는 규모는 샤워 몬테카를로 프로그램에 의해 고정된다. 샤워 몬테카를로의 일반적인 선택은 PYTHIA와 HERWIG이다.^[19][20]

참조

_[1] 컨퍼런스 The Behavior of Hadron Collisions at Extreme Energies Gordon & Breach
_[2] 학술지 Inelastic Electron-Proton and γ-Proton Scattering and the Structure of the Nucleon
_[3] 웹사이트 Remembering Murray Gell-Mann (1929–2019), Inventor of Quarks—Stephen Wolfram Writings https://writings.ste[...] 2019-05-30
_[4] 학술지 The world as a hologram
_[5] 웹사이트 Parton shower Monte Carlo event generators. http://www.scholarpe[...] 2011
_[6] 간행물 Parton Shower Monte Carlo Event Generators. http://indico.cern.c[...] 2009-05-04
_[7] 간행물 Phenomenology at collider experiments. Part 5: MC generators http://www.stfc.ac.u[...] 2008-08-31
_[8] 학술지 Asymptotic Freedom in Parton Language
_[9] 학술지 Massive Lepton-Pair Production in Hadron-Hadron Collisions at High Energies
_[10] 문서 Structure Functions http://pdg.lbl.gov/2[...] 2019
_[11] 학술지 Parton Physics on a Euclidean Lattice 2013-06-26
_[12] 학술지 Parton physics from large-momentum effective field theory 2014-05-07
_[13] arXiv The Les Houches accord PDFs (LHAPDF) and LHAGLUE
_[14] 학술지 Spin structure of the nucleon
_[15] 학술지 Gauge-Invariant Decomposition of Nucleon Spin 1997-01-27
_[16] 학술지 Deeply virtual Compton scattering 1997-06-01
_[17] 학술지 Unraveling hadron structure with generalized parton distributions
_[18] 웹사이트 The physics of parton showers https://www.phys.psu[...] 2009-06
_[19] 간행물 Complete simulation of collider events https://web.archive.[...] 2012-05-25
_[20] 간행물 Understanding events at the LHC: Parton Showers and Matrix Element tools for physics simulation at the hadronic colliders http://www1b.physik.[...] 2006-11-28
_[21] 컨퍼런스 The Behavior of Hadron Collisions at Extreme Energies Gordon & Breach
_[22] 학술지 Inelastic Electron-Proton and γ-Proton Scattering and the Structure of the Nucleon
_[23] 학술지 The Les Houches accord PDFs (LHAPDF) and LHAGLUE
_[24] 학술지 Unraveling hadron structure with generalized parton distributions
_[25] 서적
_[26] 학술지
_[27] 학술지
_[28] 웹인용 CT10 NLO and NNLO parton distribution functions http://hep.pa.msu.ed[...] 2012-09-08
_[29] 학술지
_[30] 학술지 Dynamical Parton Distributions Revisited 1998
_[31] 학술지 Parton distributions incorporating QED contributions 2005