[論文レビュー] Study of multiparticle production by Gluon Dominance Model

Е. С. Кокоулина, V.A. Nikitin|ArXiv.org|Feb 24, 2005

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、$e^+e^-$対消滅および陽子-陽子衝突における多粒子生成を記述する二段階のグルーオン優位モデルを提案する。このモデルは、摂動的QCDキャスケード力学と、負の二項分布および二項分布を用いた現象論的ハドロン化段階を組み合わせるものである。モデルは91.4 GeVおよび189 GeVでの実験的多重度分布を良好に再現し、主な結果としてグルーオン蒸発率 $\delta = 0.47 \pm 0.01$ が得られ、部分素子多重度とハドロン化効率の間の熱力学的解釈が示された。

ABSTRACT

The gluon dominance model offers a description of multiparticle production in e^+e- - annihilation and proton-proton collisions. The multiplicity distributions in e^+e^- annihilation are well described. The energy dependence of model parameters gives the dynamic parton stage and hadronisation picture. It is shown that this model has confirmed oscillations in sign of the ratio of factorial cumulant moments over factorial moments of the increasing order. The collective behavior of secondary particles in $pp$-interactions at 70 GeV/c is studied in the project "Thermalization". An active role of gluons is shown in the multiparticle dynamics. This paper gives a simple thermodynamic interpretation of interactions mentioned above.

研究の動機と目的

• QCD力学と現象論的ハドロン化に基づき、高エネルギーにおけるハドロン衝突および$e^+e^-$衝突における多粒子生成を統一的に記述するモデルの構築を目的とする。
• 70 GeV/cの$pp$衝突および$e^+e^-$対消滅における観測された多重度分布を、部分素子キャスケードとハドロン化を組み合わせた二段階アプローチで説明することを目的とする。
• グルーオン優位性とハドロン化の熱力学的解釈を提供し、部分素子多重度とハドロン生成パラメータを関連付けることを目的とする。
• 特に因子的モーメントの振動と粒子多重度分布に注目し、$e^+e^-$および$pp$衝突からの実験データとモデルを比較して検証することを目的とする。

提案手法

• QCDの進化に基づくマコフ分岐過程を用いて部分素子キャスケード段階をモデル化し、クォークおよびグルーオンジェットの母関数を用いる。
• 部分素子多重度に負の二項分布（NBD）を適用する二段階モデル（TSM）を導入し、パラメータ $k_p$ と $\overline{m}$ でパラメータ化する。
• ハドロン化段階に二項分布を導入し、$N_p$ 個の部分素子が最大 $N_p$ 個のハドロンを生成する状況を、平均多重度 $\overline{n}_p^h$ を用いて記述する。母関数 $Q^H_p(z)$ を用いる。
• 部分素子段階とハドロン化段階の畳み込みを $P_n(s) = \sum_m P_m^P \cdot \frac{1}{n!} \frac{d^n}{dz^n}(Q^H)^{2+m}|_{z=0}$ として構築し、最終状態のハドロン多重度を記述する。
• 蒸発するグルーオンの割合をモデル化するためのグルーオン蒸発パラメータ $\delta$ を導入し、蒸発グルーオンからのハドロン生成に二項分布を適用する。
• 蒸発グルーオンがポisson分布に従う熱力学的二段階モデル（TSTM）を導入し、189 GeVおよび69 GeVでの実験データに適合するパラメータを決定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QCDに由来するキャスケードと現象論的ハドロン化を組み合わせた二段階グルーオン優位モデルは、$e^+e^-$対消滅における多粒子生成をどの程度よく記述できるか？
• RQ2 70 GeV/cの$pp$衝突における多粒子ダイナミクスにおいてグルーオンが果たす役割は何か？ また、その蒸発率は定量的に評価可能か？
• RQ3 動的で変化する部分素子段階を伴うグルーオン優位モデルは、因子的累積モーメントの観測された振動を説明できるか？
• RQ4 モデルのハドロン化に関する熱力学的解釈は、実験的多重度分布およびパラメータ制約とどの程度整合しているか？
• RQ5 モデルのパラメータ $\overline{m}$、$\delta$、$\overline{n}^h$、および $N$ は、異なる衝突エネルギーおよびデータセットでどのように変化するか？

主な発見

• モデルは91.4 GeVにおける$e^+e^-$対消滅の多重度分布を良好に記述でき、$\chi^2/$ndfが約1/3の適合度を示した。
• $pp$衝突（70 GeV/c）において、分岐を伴う二段階モデル（TSMB）を用いた結果、グルーオン蒸発率は $\delta = 0.47 \pm 0.01$、$\overline{m} = 2.61 \pm 0.08$、$\overline{k} = 2.53 \pm 0.05$ が得られた。
• 熱力学的二段階モデル（TSTM）は、実験データを$\chi^2/$ndf ~ 1/2の精度で適合させ、$\overline{m} = 2.48 \pm 0.20$、$\overline{n}^h = 1.63 \pm 0.12$、$N = 4.24 \pm 0.13$ を得た。
• モデルで得られる電荷粒子の最大数は26であり、$ME \cdot N = 6 \cdot 4.24 \approx 25.4$ から導かれたもので、実験データと整合的である。
• $pp$衝突から得られたパラメータ $N$ と $\overline{n}^h$ は、$e^+e^-$対消滅から得られた値と一貫しており、ハドロン化パラメータの普遍性を支持する。
• $\overline{m}$ と $\overline{k}$ が誤差内に一致していることから、グルーオンキャスケードにおける顕著な分岐は見られず、初期キャスケード以降のグルーオン分裂は最小限であると示唆される。