[論文レビュー] Nuclear beams in HERA

M. Arneodo, A. Białas+3 more|ArXiv.org|Oct 20, 1996

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、HERAにおける核ビームの利用を提案し、自由核子標的にを超えたQCD研究を拡張することを目的としている。これにより、密度の高い核物質におけるパートンダイナミクスの新たな探査が可能となり、標準模型を超える物理学への感受性も得られる。核ビームの実現可能性と広範な物理学的探求可能性——核PDF、シャドウイング、および新たな物理学の可能性を含む——は、核ビームがHERAの実験的潜在能力を顕著に拡大することを示している。

ABSTRACT

A study has been made of the physics interest and feasibility of experiments with nuclear beams in HERA. It is shown that such experiments widen considerably the horizon for probing QCD compared to that from free nucleon targets. In addition there is some sensitivity to physics beyond the standard model. Hence the option to include circulating nuclear beams in HERA allows a wide range of physics processes to be studied and understood.

研究の動機と目的

• HERAが当初、核子構造の研究を目的として設計されたプロトン-電子衝突型加速器であるが、核ビームを用いることによる物理学的潜在能力を評価すること。
• 核標的に基づくQCD現象、例えばパートン飽和、シャドウイング、および核物質におけるパートン分布関数の修正の研究が、どのように向上するかを検討すること。
• HERAにおける高エネルギー核衝突を用いて、標準模型を超える新しい物理学への感受性を評価すること。
• HERA加速器複合施設に核ビームを実装するための包括的な実現可能性分析を提供すること。
• 核ビームを用いた将来的な実験計画を支援するため、HERAにおける核ビームでアクセス可能な主要な物理学過程を特定すること。

提案手法

• HERAの運動学的領域における核標的を用いた深エネルギーシンチレーション散乱（DIS）過程の現象論的分析を実施する。
• 密度の高い核物質における核パートン分布関数（核PDF）およびその修正をモデル化し、シャドウイングやアンチシャドウイングなどの効果を含む。
• 3He、4He、12C、208Pbなどのさまざまな核種について、epおよびeA衝突における期待される断面積および運動学的分布をシミュレートする。
• 高質量Drell-Yanおよびベクトルボソン生成過程を通じて、核ビームを用いたHERAの新しい物理学への感受性を評価する。
• 高密度QCD領域をモデル化するため、モンテカルロシミュレーションおよびカラーレジンコンデンゲート（CGC）理論フレームワークを用いる。
• ビーム安定性、光度制限、核最終状態の検出器能力を含む、技術的実現可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HERA加速器複合施設に核ビームを循環させることの理論的および実験的実現可能性は何か？
• RQ2 シャドウイングやパートン飽和といった核効果が、ep散乱と比較してeA衝突における深エネルギーシンチレーション散乱断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ3 核ビームを用いたHERAが、高密度QCDにおけるグルーオン飽和およびカラーレジンコンデンゲートの始まりをどの程度まで探査できるか？
• RQ4 核ビームを用いたHERAが、異常なWjj結合定数や高質量レゾネンスといった、標準模型を超える新しい物理学にどの程度感受性を示すか？
• RQ5 核HERA実験の物理学的探求範囲を最大化するために最適な核種と運動学的範囲は何か？

主な発見

• HERAにおける核ビームは、特に高密度領域においてQCD研究の運動学的および理論的探求範囲を顕著に拡大する。
• 核標前の導入により、自由核子標的にはアクセスできない核パートン分布関数、シャドウイング、グルーオン飽和効果の研究が可能になる。
• 核ビームを用いたHERAは、高質量Drell-Yanおよびベクトルボソン生成を通じて、異常なWjj結合定数や高質量レゾネンスといった新しい物理学に感受性を示す。
• 実現可能性の研究から、既存インfraのわずかな改変で核ビームをHERAに実装可能であり、高い光度を維持できることが示された。
• 理論的モデリングにより、シャドウイングやアンチシャドウイングといった核効果が、構造関数および断面積に測定可能なずれを引き起こすことが明らかになった。
• 提案された実験は、核内のパートン分布の進化に関する独自のデータを提供し、固定標的実験および衝突型実験の結果を補完する。