Reacciones de hadrones duros

Las reacciones de hadrones duros  son reacciones hadrónicas en las que los quarks y gluones juegan el papel principal y que están bien descritas por la teoría de perturbaciones en QCD .

Todos los hadrones descubiertos hasta ahora encajan en la imagen estándar, en la que son partículas compuestas incoloras construidas a partir de quarks y antiquarks . Las energías características asociadas con esta estructura interna de quarks (es decir, las energías de enlace características en modelos potenciales) son del orden de GeV. Surge una clasificación natural de los procesos de colisión de hadrones:

En este caso, estamos hablando del hecho de que, con buena precisión, los hadrones pueden considerarse débilmente unidos, y la dispersión se produce entre los componentes individuales de los hadrones que se mueven rápidamente: partones . Este comportamiento se denomina libertad asintótica y se asocia principalmente con una disminución en la constante de interacción fuerte con el aumento de la transferencia de cantidad de movimiento (fue por el descubrimiento de este fenómeno que se otorgó el Premio Nobel de física en 2004 ).

Pintura Parton

Debido a la propiedad de libertad asintótica, un hadrón de alta energía puede considerarse un sistema de objetos que interactúan débilmente (y en la aproximación cero, que no interactúan en absoluto), llamados partones . La reacción de colisión fuerte de los hadrones A y B en este caso se considera como una colisión fuerte de dos partones (i y j, respectivamente). La sección transversal para tal reacción se puede escribir como

Aquí denota la densidad de partones de tipo i en el hadrón A, que llevan una fracción del impulso de este hadrón. La esencia de la aproximación de factorización colineal radica en el hecho de que las densidades de los partones en esta expresión no dependen de la reacción que estemos considerando, y al calcular la sección transversal para la colisión de dos partones , ambos se consideran reales (y no virtuales). ). Esta aproximación funciona bien precisamente en la región de colisiones fuertes.

La estructura de partones de hadrones de alta energía es más compleja que la estructura de quarks de los mismos hadrones, pero en reposo. Con un impulso que transforma un hadrón en reposo en uno que se mueve rápidamente, no solo cambia la distribución de cantidad de movimiento de los quarks originales (“valencia”), sino que también se generan gluones, así como pares quark-antiquark (los llamados “quarks marinos”).

Todos estos partones tienen su parte del momento total del hadrón y también contribuyen al espín total del hadrón. Incluso con energías hadrónicas de varios GeV, los gluones ya transportan aproximadamente la mitad del impulso total del protón; con un aumento adicional en la energía, esta fracción solo aumenta.

La ecuación para la evolución de las densidades de partones

Un sistema acoplado dinámicamente (para ser más precisos, su vector de estado de Fock ) no es invariante bajo las transformaciones de Lorentz , por lo tanto, pasando a otro marco de referencia, observamos un cambio en la composición del hadrón. Se puede decir condicionalmente que los componentes de los gluones aparecen a altas energías debido a la fuerza que mantuvo en reposo a los quarks en un hadrón. De esto queda claro que aún no es posible calcular densidades de partones a partir de primeros principios , ya que el problema general de los estados ligados aún no se ha resuelto en QCD . Sin embargo, dentro del marco de la teoría de perturbaciones en QCD, se puede escribir la ecuación para la evolución de las densidades de partones con un aumento en el parámetro duro (como regla, el cuadrado de la transferencia de cantidad de movimiento). Esta ecuación se denomina ecuación de Dokshitzer-Gribov-Lipatov-Altarelli-Parisi (ecuación DGLAP) .

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