[論文レビュー] Hadronic Diffraction: Where do we Stand?

K. Goulianos|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2004

X-ray Diffraction in Crystallography参考文献 5被引用数 26

ひとこと要約

本論文は、色の制約下での低xパートン交換に起因するhadronic diffractionの統一的パートン的図式を提案する。ギャップ形成確率を1に再定義し、色因子を組み込むことで、ソフトおよびハードディファラクションにおける抑制、スケーリング性、高エネルギーにおける因子化の破綻をうまく説明し、CDFおよびHERAのデータと強く一致する。

ABSTRACT

Experimental results on hadronic soft and hard diffractive processes are reviewed with emphasis on aspects of the data that point to the underlying QCD mechanism for diffraction. Diffractive differential cross sections are shown to be factorized into two terms, one representing the total cross section at the reduced energy, corresponding to the rapidity region(s) in which there is particle production, and another interpreted as the probability of formation of the rapidity gap(s) characterizing diffraction. By (re)normalizing the term of gap formation probability to unity, cross sections for single, central, and multiple rapidity gap soft diffraction, as well as structure functions for hard diffraction processes, are obtained from the underlying inclusive parton distribution functions. A unified partonic picture emerges, in which diffraction appears to be mediated by the exchange of low-x partons subject to color constraints.

研究の動機と目的

• 高エネルギーでのディファラクションにおけるレッジ理論の因子化の破綻を、その背後にあるパートン的メカニズムを特定することにより解消すること。
• Tevatronにおける単一および多重ディファラクション断面積の高エネルギー域での観測された抑制（Regge理論予測と比較して）を説明すること。
• 低スケールにおける包含的パートン分布関数（PDF）を用いて、ソフトおよびハードディファラクションを1つのパートンモデルフレームワークで統一すること。
• Tevatronにおけるジジェット対生成におけるdiffractive-to-inclusive比のx依存性と、HERAにおけるポメロンの截面のQ²依存性を説明すること。
• 色の制約と正規化補正を組み込むことで、マルチギャップディファラクションにおける因子化の回復を実現すること。

提案手法

• ディファラクション微分断面積を2つの項に分解する：1つは縮小エネルギー（s' = M²）における全断面積を表し、もう1つは急速さギャップ形成確率を表す。
• ギャップ形成確率項を1に再定義し、グルーオンおよびクォークPDFから得られる色因子κⁿ（nギャップ）を乗じる。このPDFはQ² ≈ 1 GeV²で評価される。
• 包含的パートン分布関数（PDF）を、Q² ≈ 1 GeV²で用い、ディファラクション断面積および構造関数の出発点とする。
• 高エネルギー（Tevatron）での再正規化手順を適用し、正規化係数A_normをA_renorm ∝ (1/βs)^{ε + λ}に置き換える。これはパートンの飽和を反映する。
• 包含的F(Q²,x)とPDFの畳み込みによりディファラクション構造関数F^Dを導出し、ギャップ確率を1に正規化する。
• 正規化モデルを用いて、HERAにおけるポメロン截面のQ²依存性およびTevatronにおけるディファラクション対非ディファラクション構造関数比のx不変性を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Tevatronにおける単一ディファラクション断面積が、Regge理論予測と比較して約10倍抑制されるのはなぜか？
• RQ2 Tevatronにおけるディファラクション対包含的ジジェット比のx依存性（～1/x^{0.45}）を、パートン的枠組み内でどのように説明できるか？
• RQ3 HERAにおいて、ディファラクション対非ディファラクション構造関数比がxおよびQ²に依存せず一定であるのは、なぜか？これはRegge理論の予想とは対照的である。
• RQ4 マルチギャップディファラクションにおける因子化の回復をもたらすメカニズムは何か？これは単一ギャッププロセスとどのように異なるか？
• RQ5 ディファラクション深エネルギー散乱（DDIS）におけるポメロン截面はQ²に依存するか？この依存性はポメロンのパートン的構造にどのような含意を持つのか？

主な発見

• √s = 1800 GeVにおける単一ディファラクション断面積の抑制は、ギャップ形成確率の再正規化によって説明され、Regge理論予測と比較して約10倍の抑制因子を示す。
• Tevatronにおけるディファラクション対包含的ジジェット比のx依存性は、観測で～1/x^{0.45}と測定され、モデルの予測～1/x^{ε + λ}（λ ≈ 0.45）と一致する。
• HERAにおいて、比F^D/F^{ND}はxおよびQ²に依存せず一定であり、モデルの予測通り、ギャップ確率項が1に正規化されていることを確認する。
• DDISにおけるポメロン截面はQ²に依存し、1 + λ(Q²)に等しくなる。ソフトおよびハード截面の平均として、パートンモデルが妥当であることを裏付ける。
• モデルは、A_renormを用いて飽和効果を組み込むことで、高エネルギーにおける単一ディファラクションプロセスにおける因子化の破綻を説明し、マルチギャッププロセスでは因子化を回復する。
• Q² ≈ 1 GeV²におけるグルーオンおよびクォークPDFから得られるnギャップの色因子κⁿは、ギャップ数に依存しない抑制の観測をうまく再現する。