Was versteht man unter Protonenstrukturfunktion?

Vielleicht vereinfache ich zu sehr, aber diese Antworten werden auch von anderen mit ähnlichen Bedenken gelesen, also fange ich einfach an.

In der klassischen Physik ist es einfach, den Querschnitt eines Ziels zu messen. Wir nehmen ein Maßband und erhalten seinen Querschnitt aus der Geometrie. Für Objekte in der Ferne setzen wir Licht intelligent ein und erhalten mit entsprechenden geometrischen Formeln den Querschnitt.

Wir könnten es bekommen, indem wir auf ein kleines unzugängliches Ziel schießen und die Treffer vom Fehlschuss zählen und die Geometrie von Kugeln und Raum auf unordentliche Weise an einem Querschnitt des Ziels ankommen (Licht ist viel besser).

Wenn wir Elementarteilchengrößen von Nanometern und weniger erreichen, treten wir in das quantenmechanische Regime ein, und die einzigen Werkzeuge, die wir wirklich haben, bestehen darin, Teilchen gegeneinander zu schießen und die ausgehenden Teilchen zu betrachten. Angesichts der quantenmechanischen Wahrscheinlichkeitsformulierung ergab das Zählen von Treffern und Fehlschlägen einen "Querschnitt" in Quadratzentimetern, das gleiche Konzept wie in der klassischen Mechanik, aber dieses Mal dominiert von der probabilistischen Natur des Tieres. Die verwendeten Formeln waren Lösungen quantenmechanischer Gleichungen und diese führen zu einer Formel, die in Ihrem Link als Formel 1) angegeben ist. Die Quantenmechanik sagte, dass die Streuung in dieser funktionalen Form beschrieben werden könnte, wobei die Funktionen W1 und W2 durch Messung in Streuexperimenten überprüft würden.

Dieser Blogeintrag könnte Ihnen dabei helfen, er geht die Geschichte der Terminologie durch.

Im Bild oben links zeigen experimentelle Daten die Formfaktoren (extrahiert aus der Streurate) als Funktion des Quadrats der Impulsübertragung, q^2. Die Faktoren verhalten sich nach einer einfachen "Dipolformel", die impliziert, dass das Proton wie ein ziemlich einfaches Objekt aussieht, mit einer Verteilung von Ladung und magnetischem Moment, die einer Exponentialverteilung folgt. Beachten Sie, dass die Abhängigkeit von der Impulsübertragung der Formfaktoren impliziert, dass das Elektron ein Objekt mit einer ausgedehnten Struktur mit einer wohldefinierten charakteristischen Größe sieht.

Auf diese Weise können wir unter Verwendung der Querschnittsformel eine Größe für das Proton erhalten, die von der vierfachen Impulsübertragung des einfallenden Elektrons abhängt, je höher Q**2, desto kleiner das Proton.

Diese Formfaktoren wurden tabelliert und verwendet, um das einfache Modell zu bestätigen, dass sich das Proton wie eine Art gleichmäßiger Materieverteilung verhält.

Die Daten entsprechen also einem einfachen Modell, aber das erklärt noch nicht viel von dem, was das Proton und das Neutron tatsächlich enthalten. Um mehr Informationen zu sammeln, sind Wechselwirkungen mit höherer Energie erforderlich.

Dieses einfache Bild änderte sich, als höhere Energien erreicht wurden, da sich herausstellte, dass die Elektronen (wie im Rutherford-Experiment) auf einen harten Kern trafen , eine zweite Ebene der Streuung von Ladungen innerhalb des Protons.

Im Allgemeinen sind Strukturfunktionen mathematische Funktionen, die in die Querschnittsberechnungen eingehen, die gemessen und tabelliert und anhand von Modellen getestet werden können.