[論文レビュー] Origins of parton correlations in nucleon and multi-parton collisions

B. Blok, Yuri L. Dokshitzer+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2012

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、摂動的QCDが核子内に正の3次元部分素子-部分素子相関を生成することを示しており、これはテバトロンエネルギ一における多粒子部分素子相互作用（MPI）断面積が独立部分素子近似と比較して約2倍に増加している現象を説明する。この相関の源として摂動的および非摂動的メカニズムを特定し、後者が $x < 10^{-3}$ で支配的であることを示しており、両者の組み合わせ効果によりMPI率が2倍に増加し、実験データと整合的である。

ABSTRACT

We demonstrate that perturbative QCD leads to positive 3D parton--parton correlations inside nucleon explaining a factor two enhancement of the cross section of multi-parton interactions observed at Tevatron at $x_i\ge 0.01$ as compared to the predictions of the independent parton approximation. We also find that though perturbative correlations decrease with $x$ decreasing, the nonperturbative mechanism kicks in and should generate correlation which, at $x$ below $10^{-3}$, is comparable in magnitude with the perturbative one for $x\sim 0.01$.

研究の動機と目的

• 独立部分素子近似とテバトロンMPIデータの間にある長年の不一致を解消すること。この不一致は、断面積が2倍に大きいという点に現れている。
• 核子内の部分素子相関の起源を特定し、摂動的および非摂動的メカニズムを区別すること。
• これらの相関が高エネルギー、特に部分素子運動量分率 $x$ が小さい領域での多粒子部分素子相互作用率に与える定量的影響を特定すること。
• LHCにおける $pp$ 衝突のモンテカルロイベントジェネレータに現実的な部分素子相関を組み込むための理論的枠組みを提供すること。

提案手法

• 核子波動関数内の非摂動的2粒子一般化部分素子分布（2 GPD）を導入し、非摂動的2部分素子相関を記述する。
• 2 GPDを2つの成分に分離する。1つは非摂動的ハドロン波動関数に由来する2部分素子（${}_{[2]}D$）、もう1つは1つの部分素子の摂動的分裂に由来する（${}_{[1]}D$）。
• QCDの因子化とレッジ場理論を用い、ソフト・ポメロン交換を2ポメロン図としてモデル化し、HERAでの微小散乱過程と部分素子相関を結びつける。
• HERAでのベクトルメソン電磁生産データから、非弾性断面積と弾性断面積の比を用いて、相関強度 $\omega = 0.25 \pm 0.05$ を抽出する。
• 弾性および非弾性頂点の $t$-依存性を用いて、全MPI増幅係数 $\eta$ を計算する。$B_{\text{el}} = 5\div6\,\text{GeV}^2$ および $B_{\text{inel}} = 1.4\div1.7\,\text{GeV}^2$ を用い、$\omega = 0.25$ のとき $\eta = 2$ を得る。
• $Q_0^2 \sim 1\,\text{GeV}^2$ でソフトおよびハードQCD領域を滑らかに接続し、低 $x$ におけるソフトポメロン交換の有効性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 テバトロンエネルギ一における多粒子部分素子相互作用断面積が独立部分素子モデルと比較して2倍に増加する原因は何か？
• RQ2 摂動的および非摂動的QCDメカニズムが、部分素子運動量分率 $x$ の異なる値において核子内の部分素子相関にどのように寄与するか？
• RQ3 HERAでの微小散乱データから抽出した相関強度は、LHCエネルギ一におけるMPIを記述するために信頼性を持って外挿可能か？
• RQ4 部分素子相関が $pp$ 衝突における全 $4\to4$ MPI断面積に与える定量的影響は何か？
• RQ5 モンテカルロイベントジェネレータは、現実的な部分素子-部分素子相関および横方向空間分布をどのように統合できるか？

主な発見

• 摂動的QCDは核子内に正の3次元部分素子-部分素子相関を生成し、$x \geq 0.01$ の領域で観測されたMPI断面積の約2倍の増加を説明する。
• 増幅係数 $\eta = 2$ は、摂動的および非摂動的相関の組み合わせ効果から得られ、HERAデータからの $\omega = 0.25$ および $B_{\text{el}}/B_{\text{inel}}$ の比を用いる。
• 非摂動的相関は $x < 10^{-3}$ で支配的であり、摂動的相関はその領域で小さくなるが、$x \sim 0.01$ ではその大きさが摂動的相関と同等である。
• ベクトルメソン生産に関するHERAデータから抽出した比 $\omega = 0.25 \pm 0.05$ は、縦方向部分素子相関の強度を定量化する。
• 2ポメロン交換図における非弾性頂点の $t$-依存性は、傾き $B_{\text{inel}} \approx 1.4\div1.7\,\text{GeV}^2$ と整合的であり、ソフトおよびハードQCD領域の滑らかな遷移を支持する。
• モデルは、非摂動的メカニズムが支配的となる $x < 10^{-3}$ であってもMPI増幅が継続することを予測しており、観測された断面積増加が顕著なままであることを保証する。