[論文レビュー] Baryon number in proton-proton and proton-nucleus high energy collisions

M. Jeżabek, A. Rybicki|arXiv (Cornell University)|May 28, 2021

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、現代のNA49データと2つの素性モデル（二重パートン模型（DPM）と新たに提案されたグルーオン交換模型（GEM））を用いて、√sNN = 17.3 GeVにおける陽子-陽子および陽子-炭素衝突におけるバリオン数輸送を調査する。標準的な二クォーク保存メカニズムは、多数の核子が関与する衝突におけるバリオンスペクトルを記述できないことが判明し、二クォークの頻繁な崩壊が必要であり、これにより新しいダイアグラムを介した長距離のバリオン数輸送が可能になる。

ABSTRACT

New analyses of baryon spectra in proton-proton and proton-carbon collisions at $\sqrt{s}_\mathrm{_{NN}}=17.3$ GeV, made in the framework of two phenomenological models are presented. The first model in question is the classic Dual Parton Model by Capella and Tran Thanh Van, the second is the Gluon Exchange Model very recently proposed by the authors. For both studies, the usage of modern experimental data from the CERN SPS eliminates several of the most important limitations inherent to earlier studies of this type. In both studies, the standard mechanism of baryon stopping with preservation of the diquark, proposed by Capella and Tran Thanh Van fails to describe the distribution of non-strange baryons in collisions of the projectile proton with {\em more than one} nucleon from the carbon target obtained from experimental data, and the upper limit for the contribution of this mechanism can be established. In both cases, the conclusion is that the projectile diquark must be very often disintegrated. This opens new diagrams not available in proton-proton collisions which lead to the transport of baryon number over long distances in rapidity. The present limitations, and possibility of improvement in both approaches are discussed. The implications of our findings for new measurements are addressed, in particular using antiproton beams.

研究の動機と目的

• 高エネルギー陽子-陽子および陽子-核子衝突におけるバリオン数輸送のダイナミクスを理解すること。
• 最新の実験データを用いて、標準的な二クォーク保存メカニズムがバリオン停止に与える妥当性を検証すること。
• 二重パートン模型（DPM）の限界を評価し、新たに提案されたグルーオン交換模型（GEM）の可能性を検討すること。
• 特に反陽子-核子衝突において、二クォーク崩壊と多段階アンニヒレーション過程を調べるための新しい実験的シグネチャを同定すること。
• アイソスピン効果を組み込み、射出半球における陽子および中性子スペクトルの完全なカバレッジを実現することで、素性モデルを改善すること。

提案手法

• √sNN = 17.3 GeVにおけるppおよびpC衝突の高精度NA49実験データ（陽子および中性子スペクトル）を用いる。
• 二クォーク保存および二クォーク崩壊過程を含めるように修正を加えた二重パートン模型（DPM）を適用する。
• グルーオン交換模型（GEM）を導入し、色八重項交換と二クォーク崩壊を含む、大幅に拡大されたフォック空間を持つDPMの新規拡張を実施する。
• ppおよびpC衝突における非ストレンジバリオン、陽子、中性子のバリオンスペクトルの比較的分析を実施する。
• スペクトルを射出半球全体で積分することでバリオン数保存を確認し、モデルの一貫性を検証する。
• 二変数補間（xF, pT）データを用い、急速度分布を抽出することで、pC反応における複数の陽子-核子衝突寄与を分離する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DPMにおける標準的な二クォーク保存メカニズムは、複数の核子が関与するpC衝突におけるバリオンスペクトルをどの程度正確に記述できるか？
• RQ2 グルーオン交換模型（GEM）の予測は、ppおよびpC衝突における陽子および中性子スペクトルの実験データとどの程度一致するか？
• RQ3 多核子pC衝突における二クォーク保存過程の寄与の上限は何か？また、DPMとGEMの両モデルにおいてその値はどのように変化するか？
• RQ4 アイソスピン効果はバリオン停止にどのように影響を与えるのか？なぜ中性子データがこれらの効果を制約するために不可欠なのか？
• RQ5 特に反陽子-核子衝突において、二クォーク崩壊に起因する多段階アンニヒレーション過程を明らかにするための新しい実験的シグネチャは何か？

主な発見

• DPMにおける標準的な二クォーク保存メカニズムは、複数の核子と衝突するpC衝突におけるバリオンスペクトルを記述できない。これは、射出陽子内の二クォークが頻繁に崩壊している必要があることを示唆する。
• 多核子pC衝突における二クォーク保存過程の寄与の上限は、モデルに依存して50%から67%の範囲にあり、これだけでは観測されたバリオン停止を説明できない。
• グルーオン交換模型（GEM）は、奇妙な崩壊状態を必要とせず、バリオン停止を妥当に記述できる。これに対してDPMは、新たな三クォーク状態を生成するため、強いアイソスピン効果に依存している。
• GEMは、高xFの微細散乱を色八重項交換の特殊ケースとして説明でき、従来の微細散乱陽子放出の解釈に疑問を呈する。
• モデルの分析から、二クォーク崩壊が急速度方向における長距離のバリオン数輸送を可能にする新しいダイアグラムを可能にし、これは標準モデルが捉えきれない重要なダイナミクス的特徴である。
• 将来の反陽子-核子衝突の測定により、反二クォークの崩壊に起因する多段階アンニヒレーションダイアグラムが観測され、ソフトハドロンダイナミクスの新たなプローブが得られるものと期待される。