[論文レビュー] Higher Twist Effects in Nuclei

Rainer J. Fries|ArXiv.org|Jan 31, 2002

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、核における深エネルギーシンチレーション散乱およびDrell-Yan過程における高次ターム効果を調査し、核内における複数の部分素粒子散乱が、核の質量数$A$に比例する$A^{1/3}$スケーリングを示す核強化型のべき乗補正を引き起こすことを示している。主な貢献は、核のサイズに比例する行列要素を用いて、これら支配的となる高次ターム寄与を分離するフレームワークを提供することであり、これによりRHIC以降の重イオン衝突における媒体効果の体系的なpQCD的取り扱いが可能になる。

ABSTRACT

This talk serves as an introduction to higher twist effects in nuclei. We want to discuss how perturbative QCD can be applied to processes involving heavy nuclei by taking into account multiple scattering.

研究の動機と目的

• 微小な部分素粒子散乱を含めることで、摂動QCDが重い核における散乱過程を記述できるように拡張できる方法を理解すること。
• 特に$p+A$および$A+A$衝突において、核のサイズによって強化される高次ターム補正を特定・分離すること。
• 核の強化（$A^{1/3}$）が、標準的なべき乗補正よりも支配的となる非摂動的行列要素を選別する体系的なターム展開を構築すること。
• RHICからの実験的データ、特にDrell-Yan対生成および横運動量広がりの解釈のための理論的フレームワークを提供すること。
• 因子化の破綻がターム-4を超えてどのように現れるかを検討し、核衝突におけるpQCD的手法の限界を評価すること。

提案手法

• $\lambda \sim \Lambda_{QCD}$を用いた$\lambda/Q$におけるターム展開を用い、摂動的および非摂動的物理を分離する。ここで$Q$はハードスケールである。
• 因子化定理を適用して、断面積を部分素粒子分布関数と部分素粒子断面積の畳み込みとして表現し、高次ターム補正は高次次元のオペレータの行列要素から得る。
• 核強化型の高次ターム行列要素を特定し、たとえば$T^{DH}_{ab} \propto A^{4/3} f_a(\xi) f_b(x)$および$T^{SH}_{ab} \propto \lambda^2 A^{4/3} f_a(\xi)$のように、核のサイズに比例するものである。
• ソフト-ハード散乱の行列要素を部分素粒子分布関数を用いてモデル化し、$T^{SH}_{ab}(\xi) \propto \lambda^2 A^{4/3} f_a(\xi)$と仮定し、Drell-Yanテンソル振幅の予測を導出する。
• 複数散乱図の再結合を用いて横運動量広がりを解析し、$q_\perp$スペクトルのシフトが$A^{1/3}\lambda^2$に比例することを導く。
• $n$-グルーオン交換図の再結合を検討し、行列子$\langle P|\bar{q}q (FF)^n |P\rangle$から得られる相関関数を用いて、修正された$q_\perp$スペクトルのシフトとスメアリングを導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 核における深エネルギーシンチレーション散乱およびDrell-Yan過程における高次ターム補正は、自由な陽子・中性子とどのように異なるか？
• RQ2 どの高次ターム行列要素が核のサイズによって強化され、ターム展開の中でどのように分離可能か？
• RQ3 高次ターム寄与によって、Lam-Tungの和則がどの程度破れるか。これはDrell-Yanテンソル振幅の構造にどのような意味を持つか？
• RQ4 Drell-Yan対の横運動量広がりは複数散乱によってどのように生じるか。また、再結合された高次ターム形式で記述可能か？
• RQ5 ターム-4を超えた$A+A$衝突におけるpQCD因子化の限界は何か。核強化は$p+A$衝突において因子化を維持できるか？

主な発見

• 核強化型の高次ターム補正は$A^{1/3}$に比例し、重い核では支配的になる。一方、標準的なべき乗補正は$\lambda^2/Q^2$に比例する。
• 二重ハード散乱過程は、主項タームのLam-Tungの和則$2W_{\Delta\Delta} = W_L$を再現し、独立した二体衝突と整合的であることを示す。
• ソフト-ハード散乱過程はLam-Tung関係を破り、$W_\Delta$に非ゼロのターム-4寄与を示し、主項タームを超える新しい物理を示唆する。
• Drell-Yan対の横運動量広がりは$A^{1/3}\lambda^2$に比例すると予測され、RHICの低$q_\perp$領域での実験データと一致する。
• 横運動量スペクトルの2次モーメントと1次モーメントの比は$\frac{\langle q_\perp^2 \rangle}{\langle q_\perp^0 \rangle} = \frac{4\pi^2\alpha_s}{3} A^{1/3} \lambda^2$と与えられ、モデルの直接的な実験的検証が可能である。
• 複数散乱図の再結合により、$q_\perp$スペクトルは$\frac{4\pi^2\alpha_s}{3} A^{1/3} \lambda^2$に比例するシフトを示し、RHICにおける$p+Au$衝突での観測された広がりと整合的である。