[論文レビュー] Coherent Photoproduction from Nuclei

L. Frankfurt, M. Strikman+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 30, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、一般化されたベクトル占有モデル（GVDM）と一次トゥイストシャドウイングを用いて、核における強QCD領域—色透過、摂動的色透過率、ブラックボディ限界（BBL）—を、連成光生成反応によって探る手法を提案する。これは、陽子-陽子衝突（UPC）における重味クォーカーモニューム生成のエネルギー依存性に振動を予測し、グルーオンシャドウイングに起因するJ/ψおよびΥの著しい抑制を示しており、HERAの範囲を超えて核のグルーオン分布をLHCで研究可能である。

ABSTRACT

We argue that study of the cross section of coherent photo(electro) production of vector mesons off nuclear targets provides an effective method to probe the leading twist hard QCD regimes of color transparency and perturbative color opacity as well as the onset of black body limit (BBL) in the soft and hard QCD interactions. In the case of intermediate energies we use the Generalized Vector Dominance Model to take into account coherence effects for two distinctive limits - the soft interactions for production of $ρ$ and $ρ'$-mesons and the color transparency regime for production of charmonium states. We demonstrate that GVDM describes very well $ρ$-meson coherent photoproduction at $6 \leq E_γ \leq 10$ GeV and predict an oscillating energy dependence for the coherent charmonium production. In the limit of small $x$ we find that hard QCD leads to onset of the perturbative color opacity even for production of very small onium states, like $Υ$. The advantages of the process of coherent dijet photoproduction and hard diffractive processes in general for probing the onset of BBL and measuring the light-cone wave function of the photon in a hard scattering regime where decomposition over twists becomes inapplicable are explained. We apply this analysis to the study of the photon induced coherent processes in Ultra Peripheral Collisions of ions at LHC and demonstrate that the counting rates will be sufficient to study the physics of color opacity and color transparency at the energies beyond the reach of the electron-nucleon(nucleus) colliders.

研究の動機と目的

• 小xにおける硬いQCD過程におけるブラックボディ限界（BBL）の始まりを調査すること。
• 小ダイポール相互作用における一次トゥイストシャドウイングと高次トゥイスト効果の有効性を検証すること。
• LHCにおける超外部陽イオン衝突（UPC）で、色透過と核グルーオンシャドウイングを探る可能性を検討すること。
• ベクトルメソン（ρ、J/ψ、Υ）の連成対非連成光生成断面積を比較し、実験的観測可能性を評価すること。

提案手法

• 中間エネルギー（6–10 GeV）におけるρおよびρ′メソンの連成光生成を記述するための一般化されたベクトル占有モデル（GVDM）の使用。
• 小x過程におけるグルーオン密度の核内修正をモデル化する一次トゥイストシャドウイング形式の適用（GA(x,Q²)）。
• LHCにおけるCa-CaおよびPb-Pb UPCにおける連成J/ψおよびΥ生成の運動量移動およびラピディティ分布の計算。
• 核効果を分離するために、連成断面積を不活性核の断面積（A × 核子レベル断面積）と比較。
• H1パラメータ化によるグルーオン密度と、位置標本依存のアイケノンモデルを組み合わせ、シャドウイング効果を評価。
• シミュレーションで連成事象を分離するために、ゼロデグリーキャロリメータからのバイトリガーと低横動量選択の使用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおけるUPCにおけるベクトルメソンの連成光生成は、硬いQCD過程におけるブラックボディ限界（BBL）の始まりを探る手がかりとなるか？
• RQ2 重イオンUPCにおける中心ラピディティ領域で、一次トゥイストグルーオンシャドウイングが、連成J/ψおよびΥ生成をどの程度抑制するか？
• RQ3 連成ρおよびρ′光生成のエネルギー依存性は、どのようにソフトQCD相互作用と変動する相互作用強度を反映しているか？
• RQ4 LHCエネルギーにおける連成ダイジェットまたはクォーカーモニューム光生成で、色透過から色透過率への遷移を観測できるか？
• RQ5 小xにおける小ダイポール断面積の上昇を抑える要因として、一次トゥイストと高次トゥイスト効果の相対的寄与はどの程度か？

主な発見

• 6–10 GeVにおける連成ρメソン光生成はGVDMによってよく記述されており、ソフトQCD領域におけるその有効性が確認された。
• 連成charmオン生成には、波動関数の進化における干渉効果により、エネルギー依存性に振動が現れる。
• Pb-Pb UPCにおける連成J/ψ生成の全断面積は、中心ラピディティ領域で一次トゥイストグルーオンシャドウイングにより6倍に抑制された。
• Υ生成では、インパルス近似と比較して中心ラピディティ領域で2倍の抑制が見られ、強いシャドウイング効果が示された。
• 連成J/ψおよびΥ生成の運動量移動分布は、非連成過程とは明確に異なる形状を示しており、実験的分離が可能である。
• LHCにおけるUPCにおける連成ベクトルメソン生成のカウントレートは、HERAや固定標的に超えるエネルギー領域で色透過率と色透過の研究に十分な水準にある。