[論文レビュー] QCD analysis of diffractive phenomena

L. Schoeffel|ArXiv.org|Jul 25, 2007

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、HERAおよびテバトロンにおけるディファラクティブ過程のQCD解析を、ドライプモデルと一般化パートン分布（GPDs）を用いて、急速性ギャップを伴うハードディファラクティブ散乱を記述する。高エネルギー領域において、色 singlet グルーオン・ダイクォーク系の横サイズが小さく保たれ、摂動的QCDと整合的であることが示され、LHCにおけるエクスクルーシブヒッグスボソン生成が、ローマンポット検出器を用いたプロトン崩壊を介したクリーンで高分解能な測定のための重要な今後の応用であることが強調されている。

ABSTRACT

The most important results on subnuclear diffractive phenomena obtained at HERA and Tevtaron are reviewed and new issues in nucleon tomography are discussed. Some challenges for understanding diffraction at the LHC, including the discovering of the Higgs boson, are outlined.

研究の動機と目的

• HERAにおけるディープインエラスティック散乱における大規模な急速性ギャップイベントの起源を理解する。これは、色 singlet 交換の指数的抑制が標準的QCD予想に反するためである。
• ディファラクティブDISおよびテバトロンにおけるハードディファラクティブジェット生成のハードスケールを分析することにより、ディファラクティブ過程に対する摂動的QCD記述の妥当性を検証する。
• ドライプモデルおよび一般化パートン分布（GPDs）に基づく理論的枠組みを構築し、ポメロンの空間的および運動量的構造、およびそのパートン的構成を記述する。
• LHCにおけるエクスクルーシブディファラクティブ過程の可能性を検討し、特にローマンポット検出器におけるプロトン崩壊を介したヒッグスボソン検出の応用を重視する。
• HERMES実験からのDVCS/Bethe-Heitler干渉測定を用いて、ヌクレオン内クォークの全角運動量を制約する。

提案手法

• 色ドライプモデルを適用し、仮想光子が $q\bar{q}$ 対にフラクチュエートするのを記述する。ドライプは色 singlet 状態での二グルーオン交換により相互作用する。
• フーリエ変換を用いて、インパクトパラメータ空間分布 $g(x, R_\perp; Q^2)$ を前向き振幅 $F_g(x,t; Q^2)$ の $t$ 依存性に結びつけ、勾配 $b$ から横サイズ $\langle r_T^2 \rangle$ を抽出する。
• 一般化パートン分布（GPDs）を用いて、パートンの運動量および角運動量構造を記述し、不等しい運動量転送に起因するスケーリング効果を含める。
• 深くバーチャルなコムプトン散乱（DVCS）とベーテ＝ハイトリング（BH）過程の干渉を測定し、GPDにアクセスする。HERMES実験ではスピンおよび電荷非対称性を用いる。
• LHCにおけるプロトン-プロトン衝突におけるエクスクルーシブヒッグスボソン生成を、二重ポメロン交換モデルでモデル化する。両プロトンがそのまま残り、前方ローマンポットで検出される。
• 測定されたプロトンの運動量損失から、$M^2 = s x_{\rm l\!P,1} x_{\rm l\!P,2}$ の関係を用いてヒッグス質量を高分解能で再構成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準的摂動的QCDでは指数的抑制が予想される急速性ギャップが、HERAで観測される大規模なディファラクティブイベントをどのように説明できるか？
• RQ2 高エネルギーおよび高虚仮想質量領域におけるディファラクティブ系の横空間的サイズは何か？また、非摂動的モデルの予測とは異なり、エネルギーに伴い拡大しないか？
• RQ3 一般化パートン分布（GPDs）は、ヌクレオン内クォークの全角運動量にどのようにアクセスできるか？また、$J_u$ および $J_d$ にどのような制約を課すことができるか？
• RQ4 LHCにおける $pp$ 衝突におけるエクスクルーシブヒッグスボソン生成は、クリーンで高分解能なヒッグスボソン研究のための有効なチャネルとして利用可能か？
• RQ5 ポメロンのパートン的構造は、ハードディファラクティブ過程においてどのような役割を果たすか？また、解体されたポメロンモデルは、テバトロンのデータとどのように一致するか？

主な発見

• ディファラクティブDISにおける $q\bar{q}$ ドライプ系の横サイズは、$x_{\rm Bj} \simeq 10^{-3}$ および高 $Q^2$ で $\sqrt{\langle r_T^2 \rangle} = 0.65 \pm 0.02$ fm と測定され、摂動的QCD予測と整合的である。
• グルーオン分布の $t$-勾配 $b$ は $2b = \langle r_T^2 \rangle$ を満たし、エネルギーに依存して増加しないことが判明した。これは、放射雲の拡張がないことを示唆する。
• HERMESデータは、$J_u$-$J_d$ 平面における最初の直接的制約を提供し、ヌクレオン内 $u$ および $d$ クォークの全角運動量が格子QCDの結果と整合的であることを示している。
• LHCにおける $pp$ 衝突におけるエクスクルーシブヒッグスボソン生成は、二重ポメロン交換を介して実現可能であり、両プロトンが前方ローマンポットで検出され、$x_{\rm l\!P,1}$ および $x_{\rm l\!P,2}$ からヒッグス質量を高分解能で再構成できる。
• ドライプモデルはHERAデータをうまく記述するが、テバトロンデータには適合せず、ギャップ生存確率や多重相互作用などの追加のダイナミクスが関与している可能性を示唆している。