[論文レビュー] Space-time picture of the string fragmentation and the fusion of colour strings

V. Vechernin|ArXiv.org|Dec 2, 2008

Image Processing and 3D Reconstruction被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、高エネルギーのハドロンおよび核反応におけるストリング破壊の空間時間的一致した描写を提案し、ストリングの崩壊が二段階的プロセスではなく、中心系フレームで1–2 fmの小さな長さでの逐次的破壊によって起こることを示している。生成粒子の急速性密度についての解析的式を導出し、ストリングの横方向質量および分割パラメータに依存する 1/F(β) の密度で一様な分布が得られることを示している。

ABSTRACT

It is shown that naive two stage scenario of the soft multiparticle production in hadronic and nuclear collisions at high energy, when at first stage the colour strings are formed and at the second stage these strings, or some other (higher colour) strings formed due to fusion of primary strings, are decaying, emitting observed particles, encounters some difficulties at the attempt to analyse the space-time picture of the process. Simple analysis shows the dominant is the process when the formation and the decay of a string occur in parallel - a string breaks into two parts already at rather small length (about 1-2 fm in its c.m. system), then the process repeats in the pieces and so on. Nevertheless it is proved to be possible to agree the string fusion idea with the space-time picture of a string decay. In the framework of the Artru-Mennessier model of a string fragmentation the simple interpretation of the homogeneity of the rapidity distribution for hadrons produced from the decay of a single string at high energy is presented and the analytical estimate for the density of this rapidity distribution is obtained.

研究の動機と目的

• 二段階的ストリング破壊のシナリオとストリング崩壊の実際の空間時間的ダイナミクスとの間に生じる矛盾を解消すること。
• アールト＝メンシェイエ（AMOR）モデル内でのストリング破壊の空間時間的一致した解釈を提供すること。
• 急速性空間におけるストリング融合の概念を、空間時間における物理的逐次的ストリング破壊プロセスと一致させること。
• 単一ストリングから生成される粒子の急速性分布密度についての解析的式を導出すること。
• ストリング融合が高エネルギー衝突で観測される一様な急速性分布と整合するかを評価すること。

提案手法

• 相対論的ストリングの古典的作用（Nambu-Goto形式）を用いる：$ I = -\frac{\tau}{c} \bigintss \big( (\boldsymbol{\nabla} x \times \boldsymbol{\nabla} x)^2 - (\boldsymbol{\nabla} x)^2 (\boldsymbol{\nabla} x)^2 \big)^{1/2} d\tau d\tau $、ここで $ \tau $ は世界面パラメータである。
• ヨーヨーストリングモデルを適用し、ストリングが二つの端点の間を振動し、頂点 O, A, C, B を持つ長方形の空間時間パスを形成する。
• ストリングの4次元運動量 $ P = \gamma c $ を表し、$ c = a + b $ とし、$ a $ および $ b $ を光円錐ベクトルとする。質量の二乗は $ M^2 = 2\gamma^2 S_E(OACB) $ で与えられ、$ S_E $ は長方形のユークリッド面積を表す。
• ストリングの崩壊を点 $ x_i $ での連続的破壊としてモデル化し、各断片が空間時間内に新たな長方形を形成し、各断片に運動量 $ p_i = \gamma c_i $ を割り当てる。
• 各生成粒子の急速性を $ y_i = \frac{1}{2} \ln(c_{i+}/c_{i-}) = (i - \frac{1}{2}) F(\beta) $ と導出し、ここで $ F(\beta) = \ln\big[1 + \/frac{\beta}{2} + \sqrt{\beta(1 + \frac{\beta}{4})}\big] $ である。
• ストリング融合を一貫してモデル化できるように、融合領域における修正された分割パラメータ $ \overline{\alpha}_0 $ を導入し、より高いストリング張力の影響を考慮する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二段階的ストリング形成と崩壊のシナリオは、ストリング破壊の実際の空間時間的ダイナミクスと整合するか？
• RQ2 単一ストリングがハドロンの均一な急速性分布を生成する空間時間的メカニズムは何か？
• RQ3 急速性空間におけるストリング融合は、空間時間における物理的プロセスとしてどのように対応するか？
• RQ4 AMORモデルにおいて、単一ストリングから生成される粒子の急速性密度は何かを決定づける要因は何か？
• RQ5 融合領域における修正されたストリング張力の導入が、粒子生成率および急速性分布に与える影響は何か？

主な発見

• ストリング破壊プロセスは、一括崩壊ではなく、中心系フレームで1–2 fmの小さな長さでの逐次的破壊によって支配されている。
• 単一生ストリングから生成される粒子の急速性分布は一様であり、密度は $ dN/dy = 1/F(\beta) $ で与えられ、ここで $ F(\beta) $ は横方向質量および分割パラメータに依存する。
• π中間子に対しては、モデルは単位急速性あたり約1.5個の粒子を予測し、実験的推定と整合している。
• $ \rho $ メソンに対しては、予測は単位急速性あたり0.75個の粒子を示し、崩壊生成物を考慮すると1.5個のπ中間子に相当する。
• バリオンに対しては、モデルは単位急速性あたり0.63個の粒子を示し、π中間子に比べて生成率が低いことが示唆される。
• 融合ストリング領域におけるより高い面積則パラメータ $ \overline{\alpha}_0 $ の導入により、ストリング融合を一貫してモデル化可能となり、重複する急速性領域における粒子密度が低下することが分かった。