[論文レビュー] Cronin effect in proton-nucleus collisions: a survey of theoretical models

Alberto Accardi|ArXiv.org|Dec 11, 2002

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 9被引用数 30

ひとこと要約

本稿は、27.4 GeV から 5500 GeV のエネルギー範囲における陽子-核子衝突におけるCronin効果の理論的モデルを調査し、LHCエネルギー領域におけるCronin比の予測を比較している。LHCエネルギーでは、特に小 $x$ における核子シャドウイングおよびアンチシャドウイングに起因する理論的不確実性が顕著であり、特に高 $p_T$ におけるミニジェット生成の文脈で、準位空間的系(systematics)がモデルを区別するための重要なツールであると提言している。本研究は、クォーク-グルーオンプラズマの信号を解釈する際のモデル依存性を低減するため、LHCで $pA$ 衝突を実施し、$AA$ 衝突データを補正する必要性を強調している。

ABSTRACT

I compare the available theoretical models that describe the Cronin effect on hadron and minijet production in proton-nucleus collisions, pointing out similarities and differences among them. The effect may be summarized by the value of two variables. Their values computed in the different models are compared in the energy range 27.4 GeV - 5500 GeV. Finally, I propose to use the pseudorapidity systematics as a further handle to distinguish among the models.

研究の動機と目的

• 27.4 GeV から 5500 GeV の広いエネルギー範囲にわたる陽子-核子衝突におけるCronin効果を記述する理論的モデルを比較すること。
• LHCエネルギーへの外挿において、特に小 $x$ における核子シャドウイングおよびアンチシャドウイングに起因する理論的不確実性の主な要因を特定・定量すること。
• 準位空間的系（$\eta$）を、競合する理論的モデルを区別するための新しい強力な観測量として提唱すること。
• LHCで $AA$ 衝突と同一エネルギーでの $pA$ 衝突実験を推奨し、ハードプローブ物理学の明確なベースラインを提供するとともに、既知の核子効果とジャケットクエンチングのような新規現象を分離すること。

提案手法

• 部分子分布関数（PDF）および分岐関数（FF）を用いたGlauber型モデルを用い、部分子の初期横運動量 $k_T$ と核の厚さ関数 $T_A(b)$ を組み込んで $pA$ 衝突を記述する。
• 部分子-部分子散乱振幅 $d\hat{\sigma}/d\hat{t}$ を用いたpQCD因数化断面積を、$k_T$-依存のPDFおよび $k_T$-正則化されたpQCD断面積と畳み込む。
• 複数のモデルを比較：ソフトハドロン散乱モデル、ソフト飽和モデル、カラーダイポールモデル、ハード散乱モデル（ATおよびGV）、それぞれが初期状態相互作用および部分子ダイナミクスに異なる仮定を置く。
• Cronin比 $R(p_T) = \frac{B}{A} \frac{d\sigma_{pA}/d^2p_T}{d\sigma_{pB}/d^2p_T}$ を評価し、$p_M$（ピーク $p_T$）、$R_M$（最大比）、$p_\times$（1と交差する点）といった主要パラメータを抽出する。
• 核子PDFパラメータ化（HIJINGおよびEKS98）が $R_M$ および $p_M$ に与える影響を、特に小 $x$ および高 $p_T$ で評価し、LHCへの外挿における不確実性を評価する。
• ミニジェット生成（$D^h_k = \delta(z-1)$）と準位空間的依存性（$\eta$）を、理論的予測を検証するための新しい実験的アプローチとして提案する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる理論的モデルは、27.4 GeV から 5500 GeV のエネルギー範囲における $pA$ 衝突におけるCronin効果をどのように予測するか？
• RQ2 Cronin効果をLHCエネルギーに外挿する際の理論的不確実性の主な要因は何か。特に核子シャドウイングおよびアンチシャドウイングに起因するものか？
• RQ3 Cronin効果の準位空間的系（$\eta$）は、競合する理論的モデルを区別するための判別子として機能できるか？
• RQ4 異なる部分子分布関数および分岐関数のパラメータ化（例：HIJING 対 EKS98）は、LHCエネルギーにおける $R_M$ および $p_M$ の予測にどの程度影響を与えるか？
• RQ5 LHCにおける $p_T \gtrsim 5$ GeV の $pA$ 衝突におけるミニジェット生成は、理論的モデルの検証にどの程度有用か？

主な発見

• 5500 GeV では、核子シャドウイングおよびアンチシャドウイングの不確実性により、Croninピークの高さ $R_M$ がモデル間で最大2倍の差を示す。特に小 $x$ で顕著である。
• $\sqrt{s} = 5500$ GeV の $p$Pb 衝突において、ソフト飽和モデルはHIJINGシャドウイングを仮定すると $R_M \approx 0.78$、シャドウイングなしでは $R_M \approx 1.36$ を予測し、PDFパラメータ化に極めて敏感であることが示された。
• AlvioliとVitevのハード散乱モデル（GV）は、$\sqrt{s} = 5500$ GeV で $p_M \approx 40$ GeV および $R_M \approx 1.05$ を予測し、非常に広く平坦なピークを示すが、ATモデルは $p_M \approx 11 \pm 1.3$ GeV および $R_M \approx 2.1$（$\mu = 1.5$ GeV 時）を予測し、モデル依存性が顕著である。
• カラーダイポールモデルは、$\sqrt{s} = 5500$ GeV で $p_M = 2.5$ GeV および $R_M = 1.06$ を予測し、他のモデルとは対照的に低 $p_T$ にやや狭いピークを示す。
• ソフトハドロンモデルは、$\sqrt{s} = 5500$ GeV で $p_M = 3.5$ GeV および $R_M = 1.08 \pm 0.02$ を予測するが、この値はシャドウイングパラメータ化の選択に極めて敏感である。
• 準位空間的系（$\eta$）が、特に小 $x$ 領域において、異なるモデルが予測するCronin効果の $\eta$-依存性に顕著な相違を示すため、モデルを区別するための重要な新しい観測量であると提唱されている。