[論文レビュー] Hadron multiplicities at the LHC

Dmitri E. Kharzeev, E. Levin+1 more|ArXiv.org|Jul 5, 2007

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、高エネルギーにおけるパートンの飽和をモデル化するカラーラスコンデンゲート（CGC）フレームワークを用いて、LHCエネルギーにおける $pp$、$pA$、$AA$ 衝突におけるハドロン多重度を予測する。非線形QCD進化を用いて、急速さに依存する飽和スケール $Q_s^2(Y)$ を導出し、従来のモデルよりも多重度の増加が遅くなる。LHCエネルギーでは、指数的増加から飽和への遷移が生じる。

ABSTRACT

We present the predictions for hadron multiplicities in pp, pA and AA collisions at the LHC based on our approach to the Color Glass Condensate.

研究の動機と目的

• LHCエネルギーにおける $pp$、$pA$、$AA$ 衝突におけるハドロン多重度を、カラーラスコンデンゲート（CGC）フレームワークを用いて予測すること。
• 高エネルギーにおける非線形パートン進化が多重度増加に与える影響を調査すること。
• LHCエネルギーにおけるパートン飽和の領域でCGCアプローチの妥当性を検証すること。
• 飽和スケール $Q_s(Y)$ の急速さ依存性と、粒子生成に与える影響を検討すること。
• 従来のソフト＋ハードモデルと比較し、縦方向のカラーフィールドの役割を評価すること。

提案手法

• ハドロンおよび核の初期波動関数を、特定の非統合パートン分布のアンザッツを用いたカラーラスコンデンゲート（CGC）シートとしてモデル化する。
• 包括的パートン生成断面積を計算するために $k_{\perp}$-因子化を適用する。
• 局所的パートン-ハドロン双対性を用いてハドロン化を実装し、フラグメンテーション中に角度分布が保存されると仮定する。
• 非線形QCD進化を用いて、急速さに依存する飽和スケール $Q_s^2(Y)$ を導出する。縦方向のカラーフィールドを組み込む。
• 式 $Q_s^2(Y) = \frac{Q_s^2(Y_0) \exp\left(\frac{2\alpha_S}{\pi}(Y-Y_0)\right)}{1 + B Q_s^2(Y_0) \left(\exp\left(\frac{2\alpha_S}{\pi}(Y-Y_0)\right) - 1\right)}$ を用いて飽和ダイナミクスを記述する。ここで $B = 1/(32\pi^2)(\pi R_A^2 / \alpha_S)$ である。
• RHICで検証済みのCGCモデルをLHCエネルギーにまで外挿することで、多重度予測を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CGCフレームワークにおけるパートンの飽和は、LHCエネルギーにおける $pp$、$pA$、$AA$ 衝突におけるハドロン多重度にどのように影響を与えるか？
• RQ2 縦方向のカラーフィールドは、飽和スケール $Q_s(Y)$ の急速さ進化をどのように変化させるか？
• RQ3 LHCエネルギーにおける予測された多重度増加は、従来のソフト＋ハードモデルと比べてどうなるか？
• RQ4 パートンの非線形進化は、高エネルギー領域における多重度増加の遅れをどの程度引き起こすか？
• RQ5 横方向運動量分布の制限にもかかわらず、CGCに基づくアプローチは、全ハドロン多重度を正確に記述できるか？

主な発見

• 飽和スケール $Q_s^2(Y)$ は中程度のエネルギーでは指数関数的に増加するが、高エネルギー領域では非線形効果により著しく遅くなる。
• その結果、従来のソフト＋ハードモデルよりもハドロン多重度の増加が遅くなる。図1bに示すように。
• LHCエネルギーでは、多重度増加が指数的増加から飽和に移行する。図1bの曲線「2」は、進化の遅れにより多重度増加の減少を示している。
• モデルは $√{s} = 5.5$ TeVにおける中央部Pb-Pb衝突における全電荷ハドロン多重度を、CGCフレームワークの予想と整合する値で予測している（図1a）。
• 進化に縦方向のカラーフィールドを組み込むことで、$Q_s^2(Y)$ の依存性が変化し、高急速さ領域での多重度増加が抑制される。
• 結果から、LHCにおける多重度データは、強いカラーフィールド領域におけるQCDの探査とCGCフレームワークの検証に不可欠であると考えられる。