[論文レビュー] Has HERA reached a new QCD regime?

E. Gotsman, E. Levin+4 more|ArXiv.org|Oct 18, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、HERAのデータが、高密度のグルーオン密度に特徴づけられる新しいQCD領域の兆候を示しており、その中で飽和効果が顕著になるとしている。高密度QCD（hdQCD）と非線形GLR-MQ方程式に基づく現象論的モデルを用いて、著者らはHERAのデータ——特にグルーオン構造関数の急激な上昇とDGLAP進化からの逸脱——がグルーオン飽和によって自然に説明できることを示している。$F_2$の傾きとJ/ψ生成に関する予測が強く支持されており、これはグルーオン飽和の明確な兆候である。

ABSTRACT

These notes are a summary of our efforts to answer the question in the title. Our answer is in the affirmative as: (i) HERA data indicate a large value of the gluon structure function; (ii) no contradictions with the asymptotic predictions of high density QCD have been observed; and (iii) the numerical estimates of our model give a natural description of the size of deviation from the routine DGLAP explanation. We discuss the alternative approaches and possible new experiments.

研究の動機と目的

• HERAの低-$x$および低-$Q^2$の運動領域が、高密度QCD（hdQCD）への遷移を示唆するかどうかを特定すること。
• HERAで観測されたグルーオン構造関数 $xG(x,Q^2)$ の上昇が、標準的なDGLAP進化ではなくグルーオン飽和を示唆するかどうかを評価すること。
• HERAのデータとhdQCDを調和させる現象論的モデルを提供し、漸近的pQCD予測との矛盾を避けること。
• 「ハード」と「ソフト」過程を大きな運動量スケールでマッチングする代替的手法と、hdQCDに基づくモデルを区別すること。

提案手法

• 著者らは2つの主要なスケールを導入する：$r^{\text{sep}}_{\perp}$ は、$\alpha_S(r^2_{\perp}) < 1$ に基づく摂動的および非摂動的QCDの境界を示し、$r_{\text{sat}}$ はパッケージング因子 $\kappa = 1$ から導かれる飽和スケールである。
• 部分子の飽和を記述するために、ドロップレット表現における非線形GLR-MQ方程式を用い、Glauber型の多重散乱と非線形効果を組み込んでいる。
• モデルは、$\sigma(r^2_{\perp}, x) = 2 \int d^2b_t\, a^{\text{el}}(r^2_{\perp}, b_t, y)$ で与えられるドロップレット断面積を用いており、$a^{\text{el}}$ はGLR-MQ方程式に従って進化する。
• HERAのデータとの比較を通じて、$F_2$の傾き、$J/\psi$生成、$F_L/F_T^D$比の予測をDGLAPに基づくパラメータ化と照合して検証している。
• GLR-MQ方程式の解およびDonnachie-Landshoffのソフト・ハードマッチング法のような代替的手法とのベンチマークを実施している。
• 飽和スケール $Q_s(x)$ は $F_L/F_T^D$ 比から抽出され、$Q^2_{\text{max}} \approx 6\text{--}7\,\text{GeV}^2$ で最大値を示すと予測されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HERAの低$x$および低$Q^2$領域におけるグルーオン構造関数の上昇は、高密度QCDにおけるグルーオン飽和の始まりを示唆するのか？
• RQ2 HERAの運動領域における$F_2$傾きのDGLAP予測からの逸脱が、高次位効果やソフト・ハードマッチングではなく、飽和効果によって説明可能なのか？
• RQ3 $Q^2 \approx 5\text{--}15\,\text{GeV}^2$ の領域における$F_L$および$F_T^D$の高次位寄与の大きさはどの程度であり、それらは一次位の振る舞いと実験的に区別可能か？
• RQ4 HERA領域における$J/\psi$生成の予測は、飽和モデルとDGLAPに基づくDonnachie-Landshoffアプローチと比べてどのように異なるか？
• RQ5 $F_L/F_T^D$ 比から飽和スケール $Q_s(x)$ を抽出可能か？また、予測されるように$Q^2 \approx 6\text{--}7\,\text{GeV}^2$ でピークを示すか？

主な発見

• HERAのデータは、高密度QCDおよびグルーオン飽和の始まりを示す大きなグルーオン構造関数 $xG(x,Q^2)$ を示している。
• モデルの$F_2$傾きの予測は、DGLAP進化から顕著に逸脱しており、$x \approx 10^{-6}$ で最大30％の差が予測され、HERAで測定可能である。
• $F_L/F_T^D$ 比は $Q^2_{\text{max}} \approx 6\text{--}7\,\text{GeV}^2$ で広い最大値を示し、飽和スケールを抽出する明確な実験的シグナルを提供する。
• $F_L$および$F_T^D$では$Q^2 \approx 5\text{--}7\,\text{GeV}^2$ で高次位寄与が一次位効果と同等の大きさに達し、$F_L^D$ では$Q^2 \approx 15\,\text{GeV}^2$ で同様の現象が観測され、標準的なDGLAP進化の破綻を示唆する。
• 本モデルにおける$J/\psi$生成の予測は、DGLAPよりも低$x$領域でより急激に上昇しており、HERAデータにおける飽和の観測可能なシグナルである可能性がある。
• モデルは漸近的pQCDとの矛盾を避け、観測データを自然に記述しており、$Q_s(x)$ が$F_L/F_T^D$ 比から得られる主要なパラメータとして浮き彫りになっている。