[論文レビュー] Photoproduction at collider energies: from RHIC and HERA to the LHC

A. J. Baltz, G. Baur+27 more|ArXiv.org|Feb 21, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、2007年 ECT* サンディエゴでのコライダーエネルギーにおける光生成プロセスに関するワークショップの要約であり、HERA、RHIC、LHCにおける光子誘発反応の理論的・実験的進展をカバーしている。小-x QCD、ハード分散、高エネルギー γγ 衝突における重要な物理学的機会を強調し、ALICEにおける超外周衝突の収率について定量的予測を提示している。年間約150,000件のJ/ψおよび600件のΥイベントが予測されている。

ABSTRACT

We present the mini-proceedings of the workshop on ``Photoproduction at collider energies: from RHIC and HERA to the LHC'' held at the European Centre for Theoretical Studies in Nuclear Physics and Related Areas (ECT*, Trento) from January 15 to 19, 2007. The workshop gathered both theorists and experimentalists to discuss the current status of investigations of high-energy photon-induced processes at different colliders (HERA, RHIC, and Tevatron) as well as preparations for extension of these studies at the LHC. The main physics topics covered were: (i) small-$x$ QCD in photoproduction studies with protons and in electromagnetic (aka. ultraperipheral) nucleus-nucleus collisions, (ii) hard diffraction physics at hadron colliders, and (iii) photon-photon collisions at very high energies: electroweak and beyond the Standard Model processes. These mini-proceedings consist of an introduction and short summaries of the talks presented at the meeting.

研究の動機と目的

• HERA、RHIC、Tevatronにおける光生成プロセス物理学の現状をレビューすること。
• LHCにおける超外周衝突（UPC）が、小-x QCDおよび核波動関数内の非線形効果を調べる可能性を評価すること。
• LHCにおける高エネルギー γγ 衝突を用いた電弱および標準模型を超える物理学の研究可能性を検討すること。
• 特にALICE実験において、LHCにおける光生成プロセスの実験的・理論的取り組みのロードマップを提示すること。
• コライダーエネルギーにおける光子誘発反応に関する理論家と実験家との協力を促進すること。

提案手法

• コライダーエネルギーにおける光生成プロセスに関するECT* ワークショップの短い要約と議論の収集。
• 相対論的イオンからの準実光子フラックスをモデル化するための等価光子近似（EPA）の使用。
• 影響パラメータおよびエネルギー依存性を含む、外的重イオン衝突における電子-陽電子対生成のモンテカルロシミュレーション。
• レプトン対生成の2次フォノン図の正確な解法を、すべてのイオン電荷およびエネルギーに一般化。
• ボーン近似およびクーロン補正手法との比較を行い、小運動量近似の限界を特定。
• ALICE検出器の受容性およびトリガー戦略を用いた、UPCにおけるコherentベクトルメソンおよびジェット生成のイベントレート予測。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HERAおよびRHICにおける光生成プロセスの主な理論的・実験的進展は何か？
• RQ2 LHCにおける超外周衝突は、核における小-x QCDおよびグルーオン飽和をどのように調べられるか？
• RQ3 LHCにおけるPb-Pb UPCにおけるコherent光生成によるJ/ψおよびΥメソンの予想収率は何か？
• RQ4 UPCにおけるγγ衝突は、強い場におけるQEDを調べたり、三重ゲージボソン結合定数を測定するためにどのように利用できるか？
• RQ5 ALICEにおいて低多重度超外周イベントを分離・分析するために必要なトリガーや解析戦略は何か？

主な発見

• LHCのALICE実験では、超外周Pb-Pb衝突におけるコherent光生成によって、年間約150,000件のJ/ψイベントが観測されると予想される。
• e⁺e⁻崩壊モードにおけるΥメソンの収率は、ALICEで年間約600件と予測されている。
• 重クォークおよびジェットの光生成率は、ALICEの受容性内に顕著な信号が得られると予想され、背景を上回る。
• モンテカルロシミュレーションにより、レプトン対生成断面積の影響パラメータ依存性が、非摂動的QED効果を理解するために重要であることが示された。
• 小運動量近似を用いたクーロン補正計算では、小影響パラメータ領域で正確な結果を得られないことが判明した。
• レプトン対生成におけるクーロン補正項は正確ではなく、強場領域における高精度な計算には高次の補正が必要である。