[論文レビュー] QED2 Photons Associated with QCD String Fragmentation

Cheuk-Yin Wong|arXiv (Cornell University)|Jan 11, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、2フレーバーのクォークのボソン化されたQED2モデルから生じる質量のある、出現する光子（QED2光子）が、QCDストリングの崩壊過程中に生成され、高エネルギーhadronic崩壊における異常なソフト光子生成を説明すると提案している。この理論は、スカラータイプの光子（25 MeV）とアイソベクトル光子（44 MeV）を予測しており、前者の生成がより容易であるとし、DELPHIが観測したZ⁰崩壊におけるソフト光子過剰現象のメカニズムを提示している。

ABSTRACT

Quarks interact with both chromodynamic and electromagnetic interactions. Consequently, QCD hadrons and QED photons will be produced simultaneously in the same process of QCD string fragmentation when a quark pulls away from an interacting antiquark at high energies. We are therefore motivated to explore whether QED2 photons are the source of anomalous soft photons associated with hadron production in high energy e+e- annihilations and hadron-hadron collisions. We find that the bosonized QED2 system of quarks with two flavors contains an isoscalar photon with a mass of about 25 MeV and an isovector (I,I_3)=(1,0) photon with a mass of about 44 MeV. These massive photons will be produced during the string fragmentation process in association with hadron production, with a greater probability for the production of isoscalar photons than isovector photons. How these QED2 photons may explain the anomalous soft photon data in Z^0 hadronic decay obtained by the DELPHI Collaboration will be discussed. Further experimental tests to confirm the production of QED2 photons in QCD string fragmentation will be proposed.

研究の動機と目的

• 2フレーバーのクォークのボソン化されたQED2モデルから生じるQED2光子が、高エネルギーhadronic過程における異常なソフト光子生成を説明できるかどうかを調査すること。
• QCDストリング崩壊の条件下におけるQED2フレームワーク内での出現光子の質量および量子数を特定すること。
• 予測された質量のある光子が、DELPHI共同研究グループが観測したZ⁰ハドロン的崩壊におけるソフト光子過剰現象を説明できるかどうかを評価すること。
• QCDストリング崩壊過程におけるQED2光子の生成を確認するための実験的テストを提案すること。

提案手法

• 2フレーバーのQED2系のボソン化により、明確な量子数と質量を持つ有効光子状態を導出すること。
• QED2系の有効ラグランジアンを計算し、スカラータイプおよびアイソベクタータイプの状態を含む、出現光子のスペクトルを抽出すること。
• 導出されたQED2光子状態を、クォーク-反クォーク対がハドロンを形成するQCDストリング崩壊モデルに適用すること。
• ストリング崩壊過程におけるアイソスカラータイプおよびアイソベクタータイプ光子の生成確率を推定し、アイソスカラータイプに有利であることを示すこと。
• 予測された光子スペクトルを、特にDELPHI共同研究グループが報告したZ⁰崩壊からの実験的ソフト光子データと比較すること。
• 高エネルギーhadron衝突におけるQED2光子の存在を確認するための実験的シグネチャーや観測可能な量を提案すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2フレーバーのクォークのQED2ダイナミクスから生じるQED2光子は、QCDストリング崩壊過程中に生成可能であり得るか？
• RQ2 QED2モデルにおける出現光子の予測された質量および量子数（アイソスピン、I₃）は何か？
• RQ3 ストリング崩壊過程において、アイソスカラータイプ光子の生成確率はアイソベクタータイプを上回るか？
• RQ4 予測されたQED2光子は、DELPHI共同研究グループが観測したZ⁰ハドロン的崩壊における異常なソフト光子過剰現象を説明できるか？
• RQ5 高エネルギーhadron衝突におけるQED2光子の存在を確認するための実験的シグネチャーや観測可能な量は何か？

主な発見

• 2フレーバーのクォークのボソン化されたQED2系は、約25 MeVのアイソスカラータイプ光子を生成する。
• QED2フレームワーク内では、(I, I₃) = (1, 0) のアイソベクタータイプ光子（質量約44 MeV）も予測される。
• QCDストリング崩壊過程におけるアイソスカラータイプ光子の生成確率は、アイソベクタータイプ光子を上回る。
• 予測されたQED2光子は、DELPHI共同研究グループが観測したZ⁰ハドロン的崩壊における異常なソフト光子過剰現象を妥当に説明できる。
• 特定の実験的テスト、例えば特徴的な光子質量ピークや角度相関の探索が、高エネルギー衝突におけるQED2光子の存在を確認する手がかりとなるとモデルは示唆している。