[論文レビュー] Geometrical Scaling in High Energy Hadronic Collisions

Michał Praszałowicz|arXiv (Cornell University)|May 21, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、高エネルギー陽子陽子衝突、特にLHCにおける深く非弾性散乱（DIS）およびpp衝突において、幾何的スケーリング（GS）—粒子スペクトルがスケーリング変数 τ = p_T²/Q_s² のみに依存する現象 — が普遍的であると提唱している。CMSデータからのp_Tスペクトルをτに対してプロットしたところ、すべてが一様な関数F(τ)に一致することを示し、pp散乱におけるGSを実証するとともに、2.76 TeVにおける欠落しているppスペクトルを正確に予測可能にし、核修正因子R_AAの計算を可能にした。

ABSTRACT

After introducing the concept of geometrical scaling (GS) on the example of deep inelastic ep scattering, we show that GS is also present in the p_T spectra measured by the LHC. We discuss simple phenomenological signatures of GS and its applications.

研究の動機と目的

• 深く非弾性散乱（DIS）で観測された幾何的スケーリング（GS）が、LHCにおける高エネルギーpp衝突にも適用可能であることを確立すること。
• 等しい多重度における横運動量比を用いて、pp衝突データにおけるGSの単純で観測可能なシグネチャを提供すること。
• GSを、測定されていないエネルギーにおけるppスペクトルの予測ツールとして用い、特に重イオン衝突におけるR_AAの計算に役立てること。
• スケーリング関数F(τ)の普遍性と、非整合的グルーオン分布との関連を検証すること。

提案手法

• 低ビョークエン・xにおけるグルーオン分布から、Q_s²(x) = Q₀²(x/x₀)^(-λ) として飽和スケールを定義し、Q₀ ~ 1 GeV、λ ~ 0.2–0.3 とする。
• DISではスケーリング変数τ = Q²/Q_s²(x) を、pp衝突ではτ = p_T²/Q_s²(p_T, W) を導入する。ここでQ_s²はp_Tおよび中心質量系エネルギーWに依存する。
• 等しい多重度における比S_{W₁/W₂}^{p_T} = p_T^{(1)} / p_T^{(2)} を構築し、定数性をテストする。GSのもとでは、S_{W₁/W₂}^{p_T} = (W₁/W₂)^{λ/(2+λ)} に従うはずである。
• CMS ppデータにおけるS_{W₁/W₂}^{p_T}の多重度にわたる定数性を観察することで、GSの定性的なテストを行う。
• GSを用いて2.76 TeVにおけるppスペクトルを予測する。同じ普遍関数F(τ)を仮定し、λをデータにフィットさせ、これによりR_AAを推定する。
• GSで予測されたR_AAをALICEデータと比較し、2.76 TeVにおける予備のpp測定値と一致することを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 従来DISで観測された幾何的スケーリングが、LHCにおけるpp衝突データにも現れるか？
• RQ2 異なる中心質量系エネルギーにおける等しい多重度における横運動量比は、幾何的スケーリングの強固なシグネチャとして機能できるか？
• RQ3 pp衝突におけるスケーリング挙動を最もよく記述する異常次元λの値は何か？また、DISにおける値と比較するとどうなるか？
• RQ4 幾何的スケーリングを、測定済みでないエネルギー（例：2.76 TeV）におけるppスペクトルを信頼性高く予測するのに用いることができるか？
• RQ5 普遍的スケーリング関数F(τ)は、非整合的グルーオン分布およびグルーオン飽和の背後にある物理とどのように関係するか？

主な発見

• CMSがLHCで得たpp衝突のp_Tスペクトルは、スケーリング変数τ = p_T² / Q_s²(p_T, W) に対してプロットしたところ、一様な関数F(τ)に一致し、幾何的スケーリングの確認が得られた。
• S_{W₁/W₂}^{p_T} は広い多重度範囲でほぼ一定であり、低多重度ではλの残存するp_T依存性によりわずかに上昇するが、GS予測と整合的である。
• λ = 0.27 の場合、予測されたスケーリング比S_{W₁/W₂}^{p_T} はCMSデータでの観測比と一致し、pp衝突におけるGS仮説の妥当性が裏付けられた。
• λ = 0.27 および 0.30 を用いてGSを適用した結果、2.76 TeVにおけるppスペクトルを成功裏に予測でき、予備のALICEデータとよく一致した。
• GSで予測されたppスペクトルを用いたR_AAの予測値は、ALICE測定値とよく一致しており、この手法が重イオン物理学において実用的であることが示された。
• S_{W₁/W₂}^{p_T} の定数性およびスペクトルがF(τ)に一致するという事実から、DISとpp散乱の間で幾何的スケーリングの普遍性が強く示唆された。