[論文レビュー] Space-time description of the hadron interaction at high energies

V.N. Gribov|ArXiv.org|Jun 14, 2000

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 18

ひとこと要約

この論文は、量子場理論における部分素粒子力学に基づき、高エネルギーにおけるハドロン相互作用の空間的・時間的記述を提案する。ここでハドロンは、運動量 $ p $ からゼロまでの縦運動量と制限された横運動量を持つ $ \sim \ln(p/\mu) $ 個の部分素粒子から成る。部分素粒子の再結合が平衡に達すると仮定すると、モデルは高エネルギーで一定の全断面積と、深エネルギーシュリンク散乱におけるBjorkenスケーリングを予測する。また、普遍的な漸近的断面積と、ゼロ角度での準弾性散乱が消えることを示す。

ABSTRACT

This is a classical paper by Vladimir Gribov (1930-97) which has influenced the understanding of high energy hadron collisions and deep inelastic scattering for several decades, and is still important today. Gribov's main assumption - that partons have limited transverse momenta - was later proved to be satisfied in QCD, modulo logarithmic corrections. However, QCD was just coming into existence at the time of the lecture, and Gribov used the super-renormalizable ϕ^3 theory to illustrate his points.

研究の動機と目的

• 量子場理論においてクォークや特異粒子を導入せずに、強い相互作用と電磁相互作用のハドロン的記述を統一すること。
• 部分素粒子力学と平衡状態を用いて、高エネルギーにおける全ハドロン断面積の普遍性を説明すること。
• 空間的・時間的部分素粒子像から、深エネルギーシュリンク散乱におけるBjorkenスケーリングを導出すること。
• 部分素粒子波動関数の直交性により、準弾性散乱断面積がゼロ角度で漸近的に消える理由を示すこと。
• 影響パラメータ空間におけるPomeranchuk極の交換と部分素粒子分布関数との関係を確立すること。

提案手法

• 運動量 $ p $ からゼロまでの縦運動量と制限された横運動量を持つ $ \sim \ln(p/\mu) $ 個の部分素粒子系としてハドロンをモデル化する。
• 結合定数と密度の増加により部分素粒子再結合が平衡に達すると仮定する。
• 影響パラメータ表現を用いて、勾配 $ \alpha' = \gamma/4 $ と結合定数 $ \sigma_0 = g^2 $ のPomeron交換振幅を導出する。
• 低ラピディティにおける部分素粒子の波動関数の因数分解を適用し、包含的およびディファラクティブ散乱振幅を記述する。
• 部分素粒子のラピディティおよび横運動量についての統合により散乱振幅を導出し、$ A_1 = s_{12}\sigma_0 e^{-\frac{\gamma}{4}q^2\xi} $ が得られ、ここで $ \xi = \log(s_{12}/\mu^2) $ である。
• 異なるハドロンからの部分素粒子波動関数の直交性を用いて、ハドロンの性質に依存しない部分素粒子レベルの独立性により、ゼロ横運動量における準弾性振幅が消えることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クォークを導入せずに、量子場理論から強い相互作用と電磁相互作用の統一的記述が得られるか？
• RQ2 部分素粒子再結合の平衡状態は、高エネルギーで一定の全断面積をもたらすか？
• RQ3 高速部分素粒子の空間的・時間的発展は、深エネルギーシュリンク散乱におけるBjorkenスケーリングをどのように導くか？
• RQ4 このモデルにおいて、ゼロ角度での準弾性散乱断面積がなぜ漸近的に消えるのか？
• RQ5 ハドロン-ハドロン散乱における漸近的全断面積の普遍性の物理的起源は何か？

主な発見

• 部分素粒子再結合の平衡により、ハドロン-ハドロン散乱の全断面積は高エネルギーで普遍的な定数に近づく。
• Pomeron交換の散乱振幅は $ A_1 = s_{12}\sigma_0 e^{-\frac{\gamma}{4}q^2\xi} $ の形を取り、$ \xi = \log(s_{12}/\mu^2) $ である。このことから、勾配 $ \alpha' = \gamma/4 $ のPomeranchuk極が得られる。
• この枠組みでは、深エネルギーシュリンク散乱におけるBjorkenスケーリングが自然に再現され、ハドロン多重度は $ \ln(\nu / \sqrt{q^2}) $ に比例する。
• ゼロ角度における準弾性散乱断面積は、異なるハドロンからの部分素粒子波動関数の直交性により、高エネルギーで漸近的にゼロに近づく。
• 全断面積の漸近的値は普遍的であり、関与する具体的なハドロンに依存せず、結合定数 $ g $ のみに依存する。
• 低ラピディティにおける部分素粒子分布関数はハドロンの量子数に依存せず、散乱振幅における因数分解と普遍性をもたらす。