[論文レビュー] High energy scattering and emission in QED&QCD media

Xabier Feal|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2018

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 68被引用数 1

ひとこと要約

本博士論文は、QEDおよびQCDの媒体における高エネルギー散乱および放射のための量子場理論フレームワークを構築し、軟光子近似を超えてLPM効果を拡張する。経路積分法と摂動展開を用いて、放射振幅および強度の正確な表現を導出し、密な媒体における干渉とデコherenceがどのように現れるかを明らかにする。特に、クォーカー・グルーオンプラズマにおけるエネルギー損失および放射スペクトルに関する主要な結果が得られている。

ABSTRACT

A formalism for the evaluation of the intensity of photon and gluon bremsstrahlung in QED and QCD condensed media is presented which considers general interactions beyond the Fokker-Planck/Gaussian approximation, the angular distribution of the final particles and admits finite or structured target calculations. The Boltzmann/transport approaches of Migdal, Bell and the Baier-Dokshitzer-Mueller-Peign\'e-Schiff group, and the light-cone path integral formalisms of Zakharov and Wiedemann and Gyulassy are recovered as particular cases within the Fokker-Planck limit, which assumes Brownian motion for the intervening particles. Weinberg's soft photon theorem is shown to saturate the Landau-Pomeranchuk-Migdal supression in the soft photon/gluon regime of vanishing phases. The intensity under realistic screened interactions is larger than the existing Fokker-Planck results by a factor 3-4 and the changes can not be accounted for by a single definition of the medium transport properties through $\hat{q}$. This may also suggest that larger gluon elastic cross sections, leading to the hypothesis of strongly coupled Quark Gluon Plasma, may not be required to match the data.

研究の動機と目的

• QEDおよびQCDにおけるLandau-Pomeranchuk-Migdal (LPM) 効果の理論的記述を、軟光子近似を超えて拡張すること。
• 密度の高い多体系媒体におけるブレムストラール振幅および強度を計算するための量子場理論的フレームワークを構築すること。
• QEDおよびQCD媒体内での高エネルギー散乱過程における、干渉的から非干渉的放射への遷移を調査すること。
• 有限で強く結合した媒体における放射の正確な強度表現を導出すること、非摂動的補正を含むこと。
• eikonalおよびFokker-Planck近似を、高次の多重散乱および量子干渉効果を取り入れることで一般化すること。

提案手法

• 外部場におけるディラック方程式およびヤン・ミルズ方程式の高エネルギー極限を定式化し、媒体を古典的源として扱う。
• 結合定数における摂動展開を適用し、運動量空間およびライトコーン空間における散乱振幅および伝播関数を計算する。
• 全断面積と前方散乱振幅の虚部との関係を光学定理を用いて導出し、多重散乱寄与を含む。
• 連続極限における経路積分表現を用いて、光子およびグルーオンの放射振幅を導出し、量子干渉効果を捉える。
• 再結合技術を用いて多重散乱を非摂動的に取り扱い、eikonal近似を超える。
• 異なる放射頂点間の干渉および運動量移動効果を含めた完全な量子振幅を用いて、放射強度を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QEDにおいて、媒体内での放射のコherenec長は、光子エネルギーおよび媒体密度にどのように依存するか？
• RQ2 軟光子近似を超えて、密度の高いQED媒体内におけるブレムストラールの正確な量子振幅は何か？
• RQ3 QCD媒体内では、多重散乱が放射スペクトルおよびエネルギー損失にどのように影響するか、特にクォーカー・グルーオンプラズマの文脈で。
• RQ4 高エネルギーパートオンが媒体内で放射を干渉的から非干渉的へと遷移する領域は何か？
• RQ5 QEDおよびQCDにおいて、非軟光子、有限エネルギーの放射を含むようにLPM効果をどのように一般化できるか？

主な発見

• 本論文は、有限なQEDプラズマにおけるブレムストラール強度の正確な表現を導出し、低エネルギー光子では干渉効果が放射を抑制することを示しており、LPM効果と整合的である。
• QCDにおいては、軟近似を超えた媒体誘導グルーオン放射スペクトルを計算し、有限エネルギー光子において標準的なLPM抑制が顕著に修正されることを明らかにした。
• 放射振幅の経路積分表現は、複数の散乱頂点間の干渉を捉えており、放射強度に非自明な運動量依存性をもたらす。
• 多重散乱の主要な観測量であるp²tの平均値を、eikonal近似を超えて計算し、非平行散乱および媒体構造に起因する補正を示した。
• 干渉的から非干渉的放射への遷移が、光子エネルギーが媒体のコherenecエネルギースケールを超えた際に発生することを示した。このスケールは、媒体の密度および結合定数に依存する。
• 結果として、標準的なeikonal近似は、高エネルギー光子および有限運動量移動において放射強度を低く見積もっており、特に密度の高いQCD媒体では補正が顕著に顕われる。