[論文レビュー] Parton picture of inelastic collisions at transplanckian energies

O.V. Kancheli|ArXiv.org|Aug 2, 2002

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 9被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、超プランクエネルギーにおける非弾性衝突のための部分素粒子モデルを提案する。重力的ショック波をプランクスケールの密度を持つ硬い部分素粒子の密集したディスクとしてモデル化し、それらのディスクの交差によって硬いグラビトン生成が生じることを示した。この現象により、重ね合わせ面積に比例する包括的断面積が得られ、長距離重力反発による非安定性が生じ、その後に多重偏心的ブラックホール鎖の形成が引き起こされることを予測している。

ABSTRACT

We propose a parton model of inelastic collisions at transplanckian energies E >> G^{-1/2}, using the gravitons, whose transverse momenta are cut at the Planck scale, as partons. For this purpose we represent the gravitational shock-wave accompanying the fast particle in terms of such partons and take into account the higher order multiperipheral-like contributions. We argue that the internal part of this shock plane contains the ``black'' disk of radius R(E) ~ E^{1/2} filled by such hard partons with the Planck density. When two fast particles collide the hard graviton production comes from the region of intersection of their black disks. The corresponding value of inclusive cross-section at the given rapidity and the impact parameter is proportional to the area of this region. The final state with such hard gravitons is unstable relative to the long range gravitational repulsion, and this leads to the creation of the multiperipheral chain of black holes at later stages of the reaction. We discuss various details of this picture including higher order corrections and there connection to a purely classical approach; we also consider briefly possible changes when additional hidden dimensions are present.

研究の動機と目的

• 微小な方法に依存しない、非摂動的手段を用いた高エネルギー重力的衝突における部分素粒子ベースのモデルの構築を目的とする。
• 特に、超プランクエネルギーにおける曲率特異性と非摂動的効果を抱える古典的ショック波モデルの限界を克服することを目的とする。
• 半古典的部分素粒子像を通じて、高次の多重偏心的寄与および非摂動的重力効果を組み込むこと。
• ブレーンワールド系におけるブラックディスク構造と最終状態ダイナミクスに及ぼす余剰次元の影響を調査すること。

提案手法

• 高速粒子の重力的ショック波を、プランクスケールの横方向運動量カットを持つ硬い部分素粒子の密集ディスクとして表現する。
• ブラックディスクの半径を R(E) ~ E^{1/2} とし、内部構造として密度 ~ G の部分素粒子で満たされたものとする。
• 固定された迅速性および衝突パラメータにおける包括的断面積を、二つのブラックディスク間の重なり面積に比例する形で計算する。
• 高次の多重偏心的寄与および長距離重力反発が最終状態を不安定化させることを考慮する。
• アイケノイド化されたグラビトン交換と多重偏心的ダイアグラムを用い、散乱振幅におけるソフトおよびハード寄与をモデル化する。
• 高次元重力に拡張するにあたり、ブラックディスク半径を D > 4 に対して R(E) ~ (E/m_p)^{1/(D-2)} に修正し、交差面積が D-2 次元で決定されることを考慮する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 古典的ショック波特異性に依存せず、超プランクエネルギーにおける非弾性重力的衝突を部分素粒子モデルでどのように記述できるか？
• RQ2 高次の多重偏心的ダイアグラムは、高エネルギー重力的衝突の最終状態にどのような役割を果たすか？
• RQ3 長距離重力反発は、硬いグラビトン生成後にブラックホール鎖の形成をどのように駆動するか？
• RQ4 余剰大次元は、ブレーンワールドモデルにおけるブラックディスク構造と最終状態ダイナミクスをどのように変化させるか？
• RQ5 部分素粒子像において、断面積とブラックディスクの重なり面積の間の定量的関係は何か？

主な発見

• 硬いグラビトン生成の包括的断面積は、半径 R(E) ~ E^{1/2} の二つのブラックディスク間の重なり面積に比例する。
• ブラックディスクは、重力的ショック波の内部構造を表すために、密度 ~ G の部分素粒子で満たされている。
• 長距離重力反発により最終状態が不安定化し、多重偏心的ブラックホール鎖の形成が生じる。
• 高次元重力（D > 4）では、ブラックディスク半径は R(E) ~ (E/m_p)^{1/(D-2)} にスケーリングし、エネルギーおよび次元性に依存する断面積の依存性が変化する。
• 弾性散乱振幅には、ソフト（クーロン型）および虚数的回折成分が含まれ、後者が小衝突パラメータで支配的である。
• 有限角度断面積は、硬いブラックディスクを伴わない部分素粒子波動関数の確率が低いため、~ exp(-s/m_p^2 * C(θ)) のように急速に指数関数的に抑制される。