部分子分布函数

质子不是一颗微小的实心球。它是一袋翻腾不息的夸克和胶子——统称为部分子——它们以不断变动的比例分享着质子的总能量。当你对撞质子时，真正发生碰撞的，是来自每个质子的一个部分子，而你无从选择是哪个部分子参与、它又携带了质子能量的多少。部分子分布函数就是这场抽签的规则手册：它告诉你，当你伸手探进一个质子时，抓到某一种、且携带质子动量某一份额的部分子的概率有多大。

更确切地说，部分子分布函数（PDF）针对每一种部分子（上夸克、下夸克、胶子等等），给出找到它携带质子动量份额 x 的概率密度。在小 x 处，质子由胶子和一片夸克-反夸克对的海洋主导；在大 x 处，三个“价”夸克（两个上、一个下）携带了大部分动量。由于在这些尺度上无法从第一性原理计算强相互作用，PDF 是从实验数据中提取出来的——主要来自深度非弹性散射——再用量子色动力学的方程演化到其他能量。

在像LHC这样的强子对撞机上，PDF 是无可回避的，因为对撞的物体是质子，而非点状粒子。要预言任何过程的率，你都必须把部分子层面的截面与两个质子的 PDF 折叠在一起。这使得 PDF 成为每一个标准模型预言的核心成分，也是理论不确定度的一大来源：例如，对胶子分布认识的不完美，直接限制了希格斯产生率能被预言到多精确。一个坦诚的要点是：PDF 不是你可以查表得到的自然界基本常数；它是一个拟合出来的、依赖能量的函数，带着它自己的不确定度，而这些不确定度随后会传播进几乎每一个对撞机结果。