[論文レビュー] Hard probes in heavy ion collisions at the LHC: PDFs, shadowing and $pA$ collisions

Alberto Accardi, N. Armesto+21 more|ArXiv.org|Aug 25, 2003

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 150被引用数 28

ひとこと要約

本論文は、LHCにおける陽子-核子衝突（pA）における核子部分子分布関数（nPDFs）、シャドウイング、およびハードプローブを調査し、QCD因子化と核効果のための重要なベンチマークとしてのpAを強調している。LHCにおけるpA衝突はnPDFsのテスト、飽和現象の観測、ブラックボディ限界のシグネチャーおよび3ジェット微分散といった新しいQCDダイナミクスの発見に向け、クリアな環境を提供すると提案している。主な予測は、高pT過程におけるA依存性および横運動量分布である。

ABSTRACT

This manuscript is the outcome of the subgroup ``PDFs, shadowing and $pA$ collisions'' from the CERN workshop ``Hard Probes in Heavy Ion Collisions at the LHC''. In addition to the experimental parameters for $pA$ collisions at the LHC, the issues discussed are factorization in nuclear collisions, nuclear parton distributions (nPDFs), hard probes as the benchmark tests of factorization in $pA$ collisions at the LHC, and semi-hard probes as observables with potentially large nuclear effects. Also, novel QCD phenomena in $pA$ collisions at the LHC are considered. The importance of the $pA$ program at the LHC is emphasized.

研究の動機と目的

• LHCにおけるpAプログラムを、QCD因子化と核子部分子分布関数（nPDFs）をテストする基盤的ツールとして確立すること。
• 高エネルギーにおけるディープインエラスチック散乱およびハードプローブ過程における核子シャドウイングと飽和効果の役割を調査すること。
• ブラックボディ限界の始まりや陽子の3ジェットへの微分散といった、新しいQCD現象の特定および特徴づけ。
• LHCエネルギーにおけるハードプローブ（Drell-Yan、W/Z、ジェット、直接光子、クォーカリア）のベンチマーク予測を提供すること。
• 観測量のA依存性を、核の3次元的部分子構造および飽和の始まりのプローブとして活用すること。

提案手法

• nPDFsの抽出と核サイズおよび運動量分率xの進化の評価に、グローバルDGLAPフィット（EKS98、HKM）を用いる。
• 小xにおけるグルーオン分布の記述に、飽和モデル（例：カラーレイクスコンデンサート）および複数散乱フレームワークを適用する。
• coherent光子相互作用のモデル化とQCD寄与の比較に、Weizsäcker-Williams表現を用いる。3ジェット生成において。
• 主たる位相（LT）近似およびブラックボディ限界において、微分的過程のエネルギーおよびA依存性を分析する。
• 二重部分子分布およびマルチジェット生成の役割を評価し、pA衝突における横方向の核子構造をプローブする。
• 特に強いスクリーニング効果の領域において、3ジェット生成における電磁的寄与とQCD寄与の比較を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 pA衝突における核子部分子分布関数（nPDFs）は、自由核子PDFsからどのように逸脱するのか。また、ハード過程における因子化にどのような影響を及えるか。
• RQ2 高エネルギーpA衝突におけるブラックボディ限界の始まりをLHCで観測可能なシグネチャーは何か。
• RQ3 3ジェット生成のA依存性は、主たる位相予測からどの程度逸脱するのか。これにより、核のグルーオン分布に関する何が明らかになるか。
• RQ4 pA衝突におけるDrell-Yan対の角度分布および横運動量スペクトルは、どの程度の度合で位相4核効果を露わにするのか。
• RQ5 強い場のダイナミクスによって、pA衝突において新しいハードQCD現象、例えば排他的3ジェット微分散がどのように出現するのか。

主な発見

• ブラックボディ限界において、pA衝突における3ジェット生成断面積は、A^{1/3}に比例すると予測される。これは、主たる位相近似で予想されるA^{1.2}依存性とは著しく対照的である。
• 高横運動量（pT ≥ 数GeV）領域では、ブラックボディ限界において、非弾性微分的過程の抑制により、3ジェット生成のエネルギー依存性が鈍化すると予想される。
• q² = 0で特異点がないため、ブラックボディ限界においても、3ジェット生成における電磁的寄与は小さな補正にとどまる。
• coherent微分のA依存性は、核子波動関数の平均より小さいフラクチュエーション成分をフィルタリングすることができ、核子内部構造のプローブとして有効である。
• 低質量および低横運動量におけるDrell-Yan生成は、核子増幅型位相4効果に対して顕著に感受性を示し、観測可能な角度非対称性を示す。
• LHCにおけるW/ZおよびDrell-Yan断面積の予測は、核環境におけるnPDFsおよび因子化をテストするための堅固なベンチマークである。