[論文レビュー] Diffraction at HERA, Color Opacity and Nuclear Shadowing

L. Frankfurt, M. Strikman|ArXiv.org|Dec 10, 1998

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、QCD因子化とHERAの微分散データを用いて、重い原子核におけるグルーオンおよびクォークの先駆け位相の核シャドウイングを導出する。x ≤ 10⁻³におけるグルーオンの相互作用は約50 mbであり、クォーク領域の3倍強い。これはDGLAP近似においてグルーオンに対してより大きなQ₀が必要であることを示唆する。A ≈ 200の場合、x ≤ 10⁻³におけるグルーオン密度は4–5倍まで低下し、摂動的QCD効果が顕在化され、eA衝突における強い色透過率とJ/ψ生成の抑制を示唆する。

ABSTRACT

The QCD factorization theorem for diffractive processes in DIS is used to derive formulae for the leading twist contribution to the nuclear shadowing of parton distributions in the low thickness limit. Based on the current analyzes of diffraction at HERA we find that the average strength of the interactions which govern diffraction in the gluon sector at $x \le 10^{-3}, Q_0=2 GeV$ is ~50 mb. This is 3 times larger than in the quark sector and suggests that applicability of DGLAP approximation requires significantly larger $Q_0$ in the gluon sector. We use this information to estimate quark and gluon shadowing for heavy nuclei and to calculate its$Q^2$ depen- dence. For A~200 the amount of the gluon shadowing: $G_A/AG_N\sim 0.25-0.4$ at $x<10^{-3},Q=2GeV$ is sensitive to the probability of the small size configurations within wave function of the gluon "partonometer" at the $Q_0$ scale. At this scale for $A\sim 200$ the nonperturbative contribution to the gluon density is reduced by a factor of 4-5 at $x \le 10^{-3}$ unmasking PQCD physics in the gluon distribution of heavy nuclei. Such shadowing would strongly modify the first stage of the heavy ion collisions at LHC, and would lead to large color opacity effects in $eA$ collisions at x<0.001. The leading twist contribution to the cross section of the coherent $J/ψ$ production off $A\ge 12$ nuclei at $\sqrt s \ge 70$ GeV is strongly reduced as compared to the naive color transparency expectations. The Gribov black body limit for $F_{2A}(x,Q^2)$ is extended to the case of the gluon distributions in nuclei and shown to be relevant for the HERA kinematics of $eA$ collisions. Properties of the final states are also briefly discussed.

研究の動機と目的

• QCD因子化を用いて、原子核における部分子分布関数の先駆け位相の核シャドウイングを導出すること。
• HERAの微分散データから、小x領域におけるグルーオン-グルーオン相互作用の強さを定量化すること。
• LHCにおける重イオン衝突および低x領域におけるeA散乱におけるグルーオンシャドウイングの影響を評価すること。
• HERAの運動学的条件下で、グルーオン分布に対するグリボフ黒体限界を原子核に拡張すること。
• 核スケールA ≥ 12における核シャドウイングおよび色透過率効果によって、コherent J/ψ生成がどの程度抑制されるかを評価すること。

提案手法

• 低核厚さ極限における微分散深エネルギー非弾性散乱（DIS）過程にQCD因子化定理を適用する。
• HERAの微分散データを用いて、x ≤ 10⁻³およびQ₀ = 2 GeVにおける平均グルーオン-グルーオン相互作用断面積を抽出する。
• 相互作用強度と非摂動的グルーオン配置を用いて、重い原子核（A ≈ 200）におけるクォークおよびグルーオンのシャドウイングを推定する。
• 導出された相互作用断面積と部分子分布関数を用いて、シャドウイングのQ²依存性を計算する。
• グルーオン分布にグリボフ黒体限界を拡張し、HERAの運動学的条件下でeA衝突に適用する。
• 導出されたシャドウイングおよび色透過率効果を用いて、核におけるコherent J/ψ生成断面積を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低xおよびQ²における重い原子核におけるグルーオン分布の核シャドウイングの先駆け位相寄与は何か？
• RQ2 x ≤ 10⁻³におけるグルーオン-グルーオン相互作用の強さはクォーク-クォーク相互作用と比べてどの程度で、これはDGLAP進化にどのような含意を持つのか？
• RQ3 A ≈ 200の原子核におけるグルーオンシャドウイングは、x ≤ 10⁻³における摂動的QCD効果をどの程度顕在化させるか？
• RQ4 √s ≥ 70 GeVにおけるA ≥ 12核における核シャドウイングは、コherent J/ψ生成をどの程度抑制するか？
• RQ5 HERA eA衝突条件下で、グルーオン分布に対するグリボフ黒体限界は適用可能か？

主な発見

• x ≤ 10⁻³およびQ₀ = 2 GeVにおける平均グルーオン-グルーオン相互作用断面積は約50 mbであり、クォーク領域の3倍大きい。
• A ≈ 200の場合、x ≤ 10⁻³におけるグルーオン密度は4–5倍まで低下し、強い非摂動的効果を示唆する。
• グルーオン密度における非摂動的寄与は顕著に抑制され、低x領域における重い原子核における摂動的QCD物理学が顕在化する。
• グルーオンシャドウイングは、x < 0.001におけるeA衝突で大きな色透過率効果を引き起こし、LHCにおける重イオン衝突の初期段階を変更する。
• √s ≥ 70 GeVにおけるA ≥ 12核におけるコherent J/ψ生成断面積は、単純な色透過率予想と比べて顕著に減少する。
• F₂A(x, Q²)のグリボフ黒体限界はグルーオン分布に拡張され、HERAの運動学的条件下で核におけるグルーオン分布に有効であることが示された。