[論文レビュー] Double Parton Splitting Diagrams and Interference and Correlation Effects in Double Parton Scattering

Jonathan R. Gaunt|arXiv (Cornell University)|Oct 7, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、陽子-陽子衝突における二重部分子分裂（DPS）フレームワークを批判的に検討し、二重PDF（dPDF）アプローチにおいて「二重摂動的分裂」図をDPS寄与として分離可能であるという仮定の妥当性に疑問を呈する。DPS寄与と非DPS寄与の間には、このような図において自然な分離が存在しないことが示され、dPDF形式的体系の基盤が揺らぐ。さらに、偏極しないDPSにおいて干渉や相関のある部分子効果が見過ごされていたことにも言及し、従来無視されてきた色やスピンの相関が、特に二重Drell-Yan過程においても顕著に寄与することが判明する。

ABSTRACT

We discuss two topics in double parton scattering (DPS) theory that have been the subject of recent research interest. First, the role of `double parton splitting' diagrams in DPS is discussed. We outline the `double PDF' description of DPS, which was introduced a number of years ago. It is pointed out that under this framework, a certain structure is anticipated in the cross section expression for a `double perturbative splitting' diagram, which in the framework is regarded as DPS. We show that although this structure does indeed appear in the `double perturbative splitting' diagrams, there is no natural reason to demarcate specifically this part of the graph as the DPS part, and indeed there is no natural part of these diagrams that can be regarded as DPS. There therefore appear to be some unsatisfactory features in the double PDF approach to describing DPS. The second issue we discuss is that of interference and correlated parton contributions to proton-proton DPS. We explain in simple terms why there can be such contributions to the DPS cross section. The potential existence of such contributions was pointed out long ago by Mekhfi and more recently by Diehl and Schafer, but has been largely ignored in phenomenological investigations of DPS.

研究の動機と目的

• 二重PDF（dPDF）形式的体系において、'二重摂動的分裂'図をDPS寄与として分離可能であるかの妥当性を評価すること。
• dPDFアプローチが、二重部分子散乱においてDPSと非DPS寄与を自然に分離できるかを調査すること。
• 偏極しない陽子-陽子二重部分子散乱における干渉および相関のある部分子寄与の役割を再表現・明確化すること。
• こうした干渉および相関効果—従来無視されてきたが—が大きくなり、物性論的に有意義である可能性を強調すること。
• 進化効果および相関のある2pGPDの低スケール入力を取り入れた、より洗練された物性論的研究の必要性を提起すること。

提案手法

• 通常のフェ Feynman ルールと横運動量の統合を用いて、'二重摂動的分裂'図の断面積構造を分析する。
• 図1bの'交差型ボックス'ループ図を最小モデルとして用い、$[\log(Q^2/\Lambda^2)]^2/\sigma_{\text{eff}}$に比例する対数的項の存在を検証する。
• 2pGPDを長軸および横軸成分に分解し、$\sigma_{\text{eff}}$を$\int F(\mathbf{b})^2 d^2\mathbf{b}$により定義する。
• dPDFアプローチと完全な2pGPDフレームワークを比較し、dPDFがDPS寄与を自然に分離できないことを示す。
• DPS用のカット図（図2b）を検討し、色やスピンの量子数から生じる干渉および相関寄与を特定する。
• 単一部分子散乱（SPS）との類似性を示し、プロトン再形成の制約によりSPSでは干渉が禁止されるが、DPSでは集団的量子数保存則により許容されることを指摘する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 dPDFフレームワーク内において、'二重摂動的分裂'図をDPS寄与として明確に分離できるか？
• RQ2 交差型ボックス図の断面積に、dPDFモデルが予測する$[\log(Q^2/\Lambda^2)]^2/\sigma_{\text{eff}}$構造が存在するか？
• RQ3 なぜ干渉および相関のある部分子寄与が偏極しない二重部分子散乱では存在するが、単一部分子散乱では存在しないのか？
• RQ4 偏極しないプロトン衝突において、色およびスピンの相関がDPS断面積に果たす役割は何か？
• RQ5 干渉および相関のある部分子効果は、物性論的モデルでどの程度定量的に評価可能か。また、スケールに伴いどのように変化するか？

主な発見

• '二重摂動的分裂'図において、DPS寄与と非DPS寄与の間には自然な分離が存在せず、二重PDFアプローチの根拠が揺らぐ。
• dPDFモデルが予測する$[\log(Q^2/\Lambda^2)]^2/\sigma_{\text{eff}}$構造は、完全な断面積計算において明確なDPS成分として現れない。
• 集団的量子数保存則のおかげで、偏極しない陽子-陽子衝突においても干渉および相関のある部分子寄与が可能である。
• 色干渉図（例：二重Drell-Yan過程）は、プロトン再形成条件が量子数の和しか制約しないことから、顕著に寄与する可能性がある。
• 部分子ペア間のスピンおよび色の相関により、偏極しないプロトンでも非ゼロの行列要素（例：$\Delta q_1 \Delta q_2 \neq 0$）が生じる。
• 理論的意義は大きいが、干渉および相関のある部分子効果は物性論的DPS研究においてほとんど無視されてきた。進化および入力モデルを適切に組み込んだ、より詳細な調査が求められる。