Care este diferența dintre modelul de șiruri Lund și modelul Cluster în modelele de hadronizare în fizica elementară a particulelor?


Răspunsul 1:

Theresawholebookonthis,butthedifferenceisessentiallythatthetwomodelsareapproachestothenonperturbative(andhencecurrentlynotanalytic,andrathermysterious)hadronizationprocesswhichstartfromdifferentasymptoticbehavioursofthestrongforceatlowQscales.There’s a whole book on this, but the difference is essentially that the two models are approaches to the non-perturbative (and hence currently not analytic, and rather mysterious) hadronization process which start from different asymptotic behaviours of the strong force at low Q scales.

ThestringmodelisbasedonthelongdistancelimitofnonperturbativeQCD,asextractedfrome.g.latticeQCDcomputationalsimulations.Hereitsobservedthatthepotentialenergybetweenacolourconnectedquarkantiquarkpairgrowslinearlywithseparation,anditisbelievedthatthisenergydensityisfocusedinaspacetimeQCDfluxtube,orstring,thatconnectsthetwoparticles.Thelineargrowthinenergymeansthatthestringcanbetreatedasanoscillator,withstochasticbreakingintotwostringsbynonperturbativeproductionofanewqqˉpairaccordingtoafragmentationfunction.Thebasicmodelthengetsrefinedbyaddinggluonsasstringkinks,bytweakingmechanismsforproducedparticleflavour(bothquarkadmixture,andmesonvs.baryon),etc.The string model is based on the long-distance limit of non-perturbative QCD, as extracted from e.g. lattice QCD computational simulations. Here it’s observed that the potential energy between a colour-connected quark-antiquark pair grows linearly with separation, and it is believed that this energy density is focused in a spacetime “QCD flux tube”, or string, that connects the two particles. The linear growth in energy means that the string can be treated as an oscillator, with stochastic breaking into two strings by non-perturbative production of a new q\bar{q} pair according to a fragmentation function. The basic model then gets refined by adding gluons as string kinks, by tweaking mechanisms for produced-particle flavour (both quark admixture, and meson vs. baryon), etc.

Modelul clusterului pornește de la un alt asimptot: observația perturbativă că în cascadele de radiații QCD, în special implementarea lor stocastică ca programe „part de duș Monte Carlo”, quarkuri și gluoni relativ reduse de energie, târziu în evoluția dușului, dar încă la energii mai mari decât unde domină hadronizarea, tind să se grupeze (în spațiul de fază) în grupuri neutre de culoare. Această proprietate, întrucât se întâmplă în evoluția la o energie deasupra confinării ne perturbative, se numește prefinanțare. Și se poate construi un model în jurul acestui lucru, tratând aceste grupuri de singuri de culori ale unor părți ca „clustere” super-aromate, care apoi se descompun în hadronii primari. Modelul de bază este apoi modificat - la fel ca modelul cu șiruri - pentru detalii despre cinemică, aromă etc.

Ambele modele funcționează destul de bine. Șirurile sunt „modelul clasic”, cu grupuri adesea privite ca fiind ceva nou-fanat, deoarece au fost introduse doar la început (anii 90)! Dintre generatoarele actuale de curent continuu, Pythia („Lund Monte Carlo”) folosește modelul de coarde, iar Herwig și Sherpa folosesc ambele clustere. Amândoi au trebuit să evolueze unul spre celălalt de-a lungul anilor și să încorporeze, de asemenea, mai multe efecte fizice, cum ar fi modul în care împrăștierile multiple ale părților în coliziunile LHC se combină pentru hadronizare.

Există o imagine de ansamblu excelentă a MC de către Bryan Webber (inițiatorul lui Herwig și modelul său de cluster) care include o abordare atentă asupra tuturor lucrurilor, inclusiv modelele de hadronizare: generatoare de evenimente Parton shower Monte Carlo. Este un pic învechit acum, re. de ultimă generație, dar încă o excelentă introducere.