部分子分布函數

質子不是一顆微小的實心球。它是一袋翻騰不息的夸克和膠子——統稱為部分子——它們以不斷變動的比例分享著質子的總能量。當你對撞質子時，真正發生碰撞的，是來自每個質子的一個部分子，而你無從選擇是哪個部分子參與、它又攜帶了質子能量的多少。部分子分布函數就是這場抽籤的規則手冊：它告訴你，當你伸手探進一個質子時，抓到某一種、且攜帶質子動量某一份額的部分子的機率有多大。

更確切地說，部分子分布函數（PDF）針對每一種部分子（上夸克、下夸克、膠子等等），給出找到它攜帶質子動量份額 x 的機率密度。在小 x 處，質子由膠子和一片夸克-反夸克對的海洋主導；在大 x 處，三個「價」夸克（兩個上、一個下）攜帶了大部分動量。由於在這些尺度上無法從第一性原理計算強交互作用，PDF 是從實驗數據中提取出來的——主要來自深度非彈性散射——再用量子色動力學的方程演化到其他能量。

在像LHC這樣的強子對撞機上，PDF 是無可迴避的，因為對撞的物體是質子，而非點狀粒子。要預言任何過程的率，你都必須把部分子層面的截面與兩個質子的 PDF 摺疊在一起。這使得 PDF 成為每一個標準模型預言的核心成分，也是理論不確定度的一大來源：例如，對膠子分布認識的不完美，直接限制了希格斯產生率能被預言到多精確。一個坦誠的要點是：PDF 不是你可以查表得到的自然界基本常數；它是一個擬合出來的、依賴能量的函數，帶著它自己的不確定度，而這些不確定度隨後會傳播進幾乎每一個對撞機結果。