[論文レビュー] Sturcture of the Goldstone Bosons

Holt, Roy J., Reimer, Paul E.|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2000

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、5 GeVの電子ビームと25 GeVの陽子ビームを有する高出力の電子-陽子衝突型加速器を用いて、パイオンおよびカイオンの構造関数、特にその海クォーク成分を測定する手法を提案している。RAPGAPを用いたシミュレーションによると、このような加速器を用いることで、x ≈ 0.02から0.3の範囲でメソンの構造関数のx依存性をマッピング可能であり、チャーミカルクォークモデルの検証や、核物質中におけるメソン構造の修正を調べる上で重要な手がかりが得られる。

ABSTRACT

The feasibility of measuring the pion and kaon structure functions has been investigated. A high luminosity electron-proton collider would make these measurements feasible. Also, it appears feasible to measure these structure functions in a nuclear medium. Simulations using the RAPGAP Monte Carlo of a possible pion structure function measurement are presented.

研究の動機と目的

• パイオンおよびカイオンの構造関数、特に低x領域の海クォーク成分の測定可能性を調査すること。
• 予測された構造関数と測定された構造関数を比較することで、特にチャーミカルクォークモデルを含むメソン構造の理論的モデルを検証すること。
• 核物質中におけるメソン構造関数の修正を、核内のメソンクラウドからの深エネルギーシンチレーション散乱を用いて調べること。
• 衝突型装置におけるパイオンおよびカイオンクラウドからの前向きの中性子およびハイパーロンの検出の実験的実現可能性を評価すること。

提案手法

• RAPGAPモンテカルロイベントジェネレータを用いた、陽子内のパイオンおよびカイオンクラウドからの深エネルギーシンチレーション散乱（DIS）のシミュレーション。
• 5 GeVの電子ビーム、25 GeVの陽子ビーム、10^32 cm⁻²s⁻¹の出力を持つ衝突型加速器を仮定。
• 大規模なラピディティーガップと、パイオンの場合は前向きの中性子、カイオンの場合は陽子またはΛバリオンの識別に基づくイベント選別。
• Nambu-Jona-Lasinio（NJL）モデルとBrown-Rhoスケーリングを用いて、核物質中におけるメソン構造関数の修正を予測。
• シミュレーション誤差をHERAのデータと比較することで、実験設計および感度の妥当性を検証。
• Λ → pπ⁻崩壊から生じる陽子およびパイオンを検出するための前向きスぺクトロメータの設計検討。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 チャーミカルクォークモデルの予測を検証できるほど、パイオンの海クォーク構造関数を十分な精度で測定可能か？
• RQ2 奇妙クォークの質量が大きいことにより、カイオンのバリオンクォーク分布はパイオンと比較してxが低くなると予想されるか？
• RQ3 核物質中におけるパイオンの構造関数は、自由空間の値からずれるか？もしそうなら、そのずれはどの程度か？
• RQ4 高x領域におけるカイオン対パイオンの構造関数比を測定可能か？理論的モデルの検証に役立つか？
• RQ5 衝突型実験において、前向きのΛ検出を用いてカイオンクラウドからのDISイベントを検出可能か？

主な発見

• 5 GeVの電子ビームを25 GeVの陽子ビームに照射し、出力10^32 cm⁻²s⁻¹の条件下では、パイオンクラウドからの深エネルギーシンチレーション散乱の断面積は22 nbに達する。
• シミュレーションにより、xが0.02から0.3の範囲でパイオン構造関数の統計誤差が10–20%の範囲内に収束することが示された。
• パイオンの海クォーク構造は、単純なチャーミカルクォークモデルの予想とは異なり、陽子の海クォークの約1/3の大きさであることが判明した。
• 奇妙クォークの質量が大きいことにより、カイオンのバリオンクォーク分布はパイオンのものよりもxが低くなると予測された。
• Nambu-Jona-Lasinioモデルでは、核物質中におけるパイオン構造関数の修正は小さく、一方Brown-Rhoスケーリングではより大きな効果が予測された。
• 前向きの陽子およびパイオンスぺクトロメータを用いた場合、カイオンクラウドからのDISから生じるΛバリオンの検出は、HERAで用いられたものと同様の装置設計で実現可能である。