kwarki są uwięzione w hadronie

kwarki są uwięzione w hadronie

gluony są uwięzione w hadronie

QED - potencjał - QCD VQED α = r 1 potencjał coulombowski r nośniki (małe odległości) brak uwięzienia Precyzyjne przewidywania poziomów energetycznych VQCD 4α s = + kr 3r MODEL bezmasowe +kr uwięzienie k 0.85GeV / fm Przewidywania stanów wzbudzonych N*, Δ...

Chromodynamika kwantowa teoria oddziaływań silnych SU (3) c - 3 kolory ścisła symetria biegnąca stała sprzężenia α s ( µ ) zależna od skali μ µ swoboda asymptotyczna α s ( µ ) 0 µ 0 uwięzienie α s ( µ ) cząstki: kwarki, gluony

Silna stała sprzężenia α s (Q ) = α s (µ ) 7 [1 + α s ( µ ) ln(q / µ )] 4π Biegnąca stała sprzężenia running coupling constant 4π = 7 ln(q / Λ ) Λ 0. GeV

nieperturbacyjna QCD α s (Q ) >> 1..0.01...0.1..Λ... perturbacyjna QCD

Porównanie QED i QCD ścisła symetria U(1) biegnąca stała sprzężenia 1 ładunek elektryczny 1 bezmasowy neutralny foton brak sprzężeń γγγ ścisła symetria SU (3) c biegnąca stała sprzężenia 3 ładunki kolorowe 8 bezmasowych kolorowych gluonów sprzężenie ggg

Biegnące stałe sprzężenia Uwaga: 1/α Wielka Unifikacja Grand Unification GUT rozpad protonu??? (patrz niżej)

Jak badać proton... p: uud naive n: udd QPM...gdy gluons valence q strong vacuum partony uwięzione? strong coupling sea q q PROTON 1 fm

Masy partonów 3 gluon u d s c b t zapach (flavour) bezmasowy 1.5-4 MeV 4-8 MeV 80-130 MeV 1.15-1.35 GeV 4.1-4.4 GeV 175 GeV Rq < 10 fm } walencyjne WIELKA TAJEMNICA PRZYRODY!!! masa protonu = 938 MeV

Układ nieskończonego pędu xp (axis z ) Pprotonu widzimy prawie swobodne partony x ułamek pędu protonu niesiony przez dany parton infinite momentum frame 0 < x <1

Czyli... obrazek pędowy tylko wzdłuż osi z brak obrazka przestrzennego (x,y,z lub r) zaniedbujemy pędy poprzeczne

Jak badamy? Rozpraszanie głębokonieelastyczne: (k k ' ) = q = Q (q + xp) = m 0 x P q+ xp Q x= qp q 0 < x <1

Jaki obszar protonu badamy? λ 1 Q 0. GeV 1 fm = 1... to zależy od λ: 0. GeV 1 fm cały proton (rozkład ładunku) GeV 0.1 fm 1/10 protonu kwarki 0 GeV 0.01 fm 1/100 protonu gluony

Więc aby badać wnętrze protonu... J.C. 1991 - potrzebny akcelerator DESY, Hamburg

Funkcje gęstości partonów (PDF) u uv q f : u ( x), d ( x), s ( x)... u ( x), d ( x), s ( x)... 1 Liczba partonów na jednostkę x q( x)dx = N 0 q

Od przekroju czynnego... d σ 4πα ep = F ( x, Q ) czynnik kinem. 4 dxdq xq ep w modelu partonowym: nf F ( x, Q ) = x e ep f [q f ( x, Q ) + q f ( x, Q )] f e f ładunek kwarku f

ep...poprzez funkcje struktury... F1 ( x, Q ) F ( x, Q ) F3 ( x, Q ) ν p, ν p, µ ± p, e ± p

...do rozkładów partonów 0 < x <1 log x

x> 0.3 (około) nie ma już kwarków morza ani gluonów tylko kwarki walencyjne x

x x1 x g = x1 x λ = 0.05 fm λ = 0.1 fm Funkcje struktury i rozkłady partonów zależą od Q λ = 0.007 fm valence sea Wraz ze zwiększaniem rozdzielczości fotonu widzimy coraz więcej kwarków morza

Nasycenie??? Gdy gęstości partonów w stałej objętości protonu (uwięzienie) rosną oczekiwałoby się x 0 nasycenia gęstości partonowych rekombinacji partonów czyli procesów 1 Dotychczas nie zaobserwowano

Ewolucja QCD oddziałujący kwark pochodzi z pary wyemitowanej przez gluon podstawowe oddziaływanie procesy 1 q q g g qq przed oddziaływaniem kwark wyemitował gluon g g g

Przewidywania QCD dla kwarków d q ( x, Q ) = d ln Q α s (Q ) = [ π q q g x dξ q ( ξ, Q ) P ( ) qq x ξ ξ g qq 1 x dξ + G (ξ, Q )Pgq ( ) x ξ ξ 1 ]

Przewidywania QCD dla gluonów d G ( x, Q ) = d ln Q α s (Q ) = [ π g g g x dξ G ( ξ, Q ) P ( ) gg x ξ ξ q gq 1 x dξ + q (ξ, Q )Pqg ( ) ] x ξ ξ 1

g q q ( g gg ) małe x Ewolucja QCD funkcji struktury F Doskonała zgodność QCD z pomiarami!!! q q g duże x

Reguła sum Gottfrieda [ 1 0 ] dx F ( x) F ( x) = x ep en 1 [ ] 1 + u ( x) d ( x) dx = 0.4 ± 0.03 3 30 w protonie : d >u

Reguła sum Gross a i Llewellyn-Smith a 1 1 dx [ ] xf ( x ) = u ( x ) + d ( x ) dx = 3 V V 0 x 0 νn 3 (uv = u u, dv = d d ) N średni nukleon czyli 1 ( p + n)

Pęd protonu niesiony przez... 1 xq( x)dx = { 0 kwarki walencyjne 0.3 kwarki morza 0. gluony 0.5 ------ Zależy od Q 1.0

duże Q - mała stała sprzężenia małe Q - duża stała sprzężenia uwięzienie swoboda asymptotyczna kwarki, gluony hadron: modele perturbacyjna QCD mała rozdzielczość duża rozdzielczość

F = C (Q ) x Q > 1 GeV λ (Q ) λ ln Q, C = const ( x<0.01) Q < 1 GeV : gdy Q 0 λ 0.08 kwarki hadron przy Q 0.3 fm granica Regge foton zachowuje się jak hadron dynamika hadronowa α s (Q ) >> 1 dynamika partonowa α s (Q ) < 1

Dualizm kwarkowo hadronowy obszar rezonansów x=1 elastic

Nukleon w jądrze atomowym antia B F ( x) / F ( x) shadowing shadowing J.C. 1989 Stosunki funkcji struktury nukleonu w jądrach A i B (na nukleon) 0< x< A

Gdy x > 1... x >1 oznacza że kwark (walencyjny) niesie pęd > 1 nukleonu!!! Korelacje jądrowe widziane w obrazie kwarkowym Jefferson Laboratory Fe

Nowe spojrzenie nadzieja... Na uderzony kwark (DIS γ ) popatrzmy jednocześnie poprzecznie rozkłady pędu (transf. Fouriera) struktura przestrzenna Jak? Przy pomocy drugiego (swobodnego tzn. rzeczywistego) fotonu ponieważ nie jest uwięziony w protonie

Głęboko virtualne rozpraszanie Comptona Deeply Virtual Compton Scattering - DVCS stąd więcej informacji o kwarku q DIS γ GPD Generalised Parton Distributions γ q q γ GPD zmienne proton proton

Jak ważny jest spin w QCD? 1 uud J = proton masa 938 MeV 3 + uud J = masa 13 MeV L=0 stan wzbudzony o czasie życia 10 3 s Różnica mas pochodzi od różnicy konfiguracji spinów kwarków walencyjnych (por. QED)

np. u d mezon π + u d mezon ρ + masa 139 MeV masa 770 MeV L=0 stan wzbudzony o czasie życia 10^-3 s Różnica mas pochodzi od różnicy konfiguracji spinów walencyjnego kwarka i antykwarka: m > m π! (por. QED)

Wkład do spinu protonu Naive QPM: tylko kwarki walencyjne, spin kwarku 1/ qv QCD: + morze i gluony, spin gluonu 1 qs, G Orbitalny moment pędu Lq, Lg

+ q = q q kwarki i antykwarki ze spinem równoległym (+) i antyrównoległym (-) do spinu protonu Σ = u + d + s +... Gdzie jest spin protonu? 1 1 = Σ + G + Lz kwarki gluony orbitalny

Spinowa funkcja struktury { } 1 + g1 ( x) = e f q f ( x) q f ( x) = f 1 e f q f ( x) f ± f Uwaga : q kwarki i antykwarki

Jak zmierzyć g1? Spolaryzowana wiązka i tarcza Asymetria: σ 1/ σ 3 / g1 ( x) A1 ( x) = = σ 1/ + σ 3 / F1 ( x) gdzie x F1 ( x) = F ( x)

Pierwszy moment funkcji g1 1 Γ1 = g1 ( x)dx 0 Niepodważalne przewidywanie teoretyczne Kryzys spinowy 1987 European Muon Collaboration J.C. 1983-1990

Skąd bierze się spin? Σ = 0.4 ± 0.03 (...)dx 1 1 = Σ + G + Lz 1 0. + 0.4 + 0.0 Scenariusze 1 0. + 0.0 + 0.4 u ( x) > 0 d ( x) < 0 u, d, s, s 0?

Wkład do spinu od gluonów

Czy proton jest trwały? teorie GUT (Grand Unification) : różne schematy unifikacji oddziaływań skala energii 1016 GeV przewidywany rozpad protonu τ / B 1030 35 lat kanały rozpadu: p e π, µ π, e η, K ν... + 0 + 0 + +

Przykładowy experyment: Super Kamiokande

Przykładowy rozpad: Rejestracja promieniowania Czerenkova rekonstrukcja pierścieni

Pomiary τ/b protonu wykluczanie schematów teoretycznych Wiele aktywności!!!

Stan wiedzy i niewiedzy proton składa się z kwarków, antykwarków i gluonów wiadomo od >30 lat dość dobrze znany obrazek pędowy (zmienna x) kwarki i gluony niosą po ok. połowie masy (pędu) protonu morze szybko rośnie gdy x 0 mimo tego nie obserwuje się nasycenia gęstości 5 partonowych do x 10 doskonała zgodność pomiarów z przewidywaniami perturbacyjnej QCD

badane przejście od obrazka partonowego do hadronu (od perturbacyjnej do nieperturbacyjnej QCD) pierwsze próby pomiaru procesów w kierunku uogólnionych rozkładów partonowych - DVCS obrazek przestrzenny wnętrza protonu? kwarki niosą tylko część spinu protonu pomiary wkładu gluonów do spinu trwają (na razie mała dokładność) poszukiwanie rozpadu protonu nowej fizyki metodami nieakceleratorowymi

Udział Polski European Muon Collaboration UW, IPJ, IFJ New Muon Collaboration UW, IPJ, IFJ Spin Muon Collaboration UW, IPJ, IFJ ZEUS, H1 (DESY/HERA) UŁ, UW, IPJ, IFJ, UJ, AGH

Atom vs. punktowe elektrony e.m. pole fotonowe e słabo związane niewielka polaryzacja próżni jest równanie ścisły potencjał proton punktowe kwarki silne pole gluonowe partony uwięzione silna polaryzacja próżni dużo par q q nie ma równania efektywny potencjał

stany wzbudzone przestrzenna struktura rezonanse jeszcze nieznana perturbacyjna QED QCD perturbacyjna i nieperturbacyjna spinowe efekty bardzo duże mało wiadomo o wkładzie do spinu ψ nlm ( r,θ, ϕ ) spinowe efekty bardzo małe wszystko wiadomo o spinie