partoni

partoni

Termine introdotto da James Bjorken e Richard Feynman negli anni Sessanta del secolo scorso per designare i campi fondamentali che determinano la fisica delle interazioni forti e che quindi, in particolare, fissano la struttura interna del protone. Oggi sappiamo che i partoni sono i quark e i gluoni. Ma all’epoca della formulazione del modello a partoni la teoria attuale delle interazioni forti, che è la QCD (Quantum chromodynamics) non si era ancora affermata e quindi l’identità dei partoni era ancora da stabilire. Questa identificazione cominciò a essere verificata con gli esperimenti di diffusione altamente inelastica di elettroni su protone realizzati a SLAC (Stanford linear accelerator centre) in California proprio alla fine degli anni Sessanta. Nel modello a partoni le sezioni d’urto sono proporzionali alle densità di partoni q_i(x) (densità di probabilità di trovare un partone di tipo q_i con frazione di impulso compresa tra x e x+dx) moltiplicate per la corrispondente carica al quadrato Q_i² e sommate su tutti i tipi i di partoni. Già i primi risultati mostrarono che le predizioni del modello a partoni sono verificate, che i partoni carichi hanno spin 1/2 e cariche frazionarie (i quark) e che ca. metà dell’impulso del protone è portato da partoni elettricamente neutri (i gluoni). In QCD il modello a partoni è realizzato con l’importante differenza che le densità di partoni non sono solo funzioni di x (la variabile di Bjorken) ma dipendono anche logaritmicamente dalla scala di energia del processo Q: q_i(x,Q²), e questa variazione con Q (violazione dell’invarianza di scala o scaling) è calcolabile (equazioni di evoluzione). Una volta misurate le densità di partoni dalle esperienze di diffusione inelastica iniziate da elettroni, muoni, neutrini e antineutrini, queste densità si possono usare per calcolare le sezioni d’urto di altri processi di alta energia, quali, per es., negli urti protone-(anti)protone la produzione di particelle W o Z, oppure di coppie di quark pesanti, oppure di getti ad alto momento trasverso oppure di un bosone di Higgs ecc. (sempre in associazione con uno stato finale adronico inclusivo, cioè sommato su tutte le possibilità). Nella fisica contemporanea delle interazioni fondamentali il modello a partoni, nella versione derivata dai principi della QCD, costituisce uno strumento essenziale per lo studio dei processi ai collisori con fasci di protoni, quali per es., il LHC (Large hadron collider) del CERN entrato in funzione nel 2008.

→ Particelle elementari. Esperimenti