[論文レビュー] The nucleon's gluonic transverse size: From exclusive J/psi photoproduction to high-energy pp collisions

M. Strikman, Weiss, C.|ArXiv.org|Aug 31, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、一般化部分子分布（GPDs）とフーリエ変換を用いて、微分断面積のt依存性をゲルミオンの横断的サイズに関連付けることで、排他的J/ψ光生産データからヌクレオン内のグルーオンの横断的空間分布を抽出するフレームワークを提案する。主な結果として、x ~ 10⁻¹における測定されたグルーオンの横断的サイズは⟨ρ²⟩ ≈ 0.24 fm²であり、x ~ 10⁻²付近でパイオン雲貢献により急激に増加する。この結果は、LHCにおけるpp衝突におけるハードダイジェット生成の予測を可能にする。

ABSTRACT

We summarize what is known about the transverse spatial distribution of gluons in the nucleon and its x-dependence from exclusive J/psi photo/electroproduction in e-p fixed-target and collider experiments (HERA H1 and ZEUS). This information can be used to predict the impact parameter dependence of the cross section for certain hard QCD processes (dijet production) in pbar-p and p-p collisions at the Tevatron and LHC.

研究の動機と目的

• ep固定標的におよびコライダー実験からの排他的J/ψ光生産データを用いて、ヌクレオン内グルーオンの横断的空間分布を特定すること。
• 一般化部分子分布（GPDs）を介して、J/ψ光生産における微分断面積のt依存性をグルーオンの横断的サイズに関連付けること。
• 抽出されたグルーオン空間分布を用いて、TevatronおよびLHCにおける高エネルギーppおよびp̄p衝突におけるハードダイジェット生成のインパクトパラメータ依存性を予測すること。
• 特にパイオン雲貢献およびグリボフ拡散が小さいxで果たす役割を含め、グルーオンの横断的サイズのx依存性を理解すること。
• 高エネルギーハドロン衝突における中心的・ハード散乱過程を予測するツールを提供し、ユニタリティおよびブラックボディ限界の研究を可能にすること。

提案手法

• 一般化グルーオン分布Hg(x,t)のフーリエ変換を用い、運動量空間におけるt依存性をインパクトパラメータ空間における横断的空間分布g(x,ρ)に関連付ける。
• 固定xにおけるグルーオンの平均二乗横断的サイズを抽出するため、関係式⟨ρ²⟩ = 4 ∂/∂t [Hg(x,t)/Hg(x,0)]|t=0 を適用する。
• チャームコリオン状態の有限サイズを補正するために、観測された勾配Bを修正し、約0.3 GeV⁻²を差し引いてヌクレオンのグルーオンサイズを分離する。
• dipoleパラメータ化（1 - t/1.0 GeV²）⁻⁴ を用いて断面積のt依存性をモデル化し、HERAのH1およびZEUSデータからg(x,ρ)を抽出する。
• 二つのグルーオン分布の畳み込みを用いてダイジェット生成のインパクトパラメータ分布P₂(b)を構築する：P₂(b) = ∫d²ρ₁∫d²ρ₂ δ²(b - ρ₁ + ρ₂) [g(x,ρ₁)/g(x)] [g(x,ρ₂)/g(x)]。
• 得られたP₂(b)を一般化された非弾性断面積分布Pin(b)と比較し、ハードダイジェットトリガーが中心的衝突を選択することを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 グルーオンのヌクレオン内横断的空間分布は何か、またその分布は縦運動量分率xにどのように依存するか？
• RQ2 グルーオンの横断的サイズ⟨ρ²⟩はxが小さくなるに従ってどのように変化するか。その変化を引き起こす物理的メカニズムは何か？
• RQ3 排他的J/ψ光生産データが、pp衝突におけるハード散乱過程のインパクトパラメータ依存性をどの程度制約できるか？
• RQ4 パイオン雲貢献を含めると、小さいxにおけるグルーオンの横断的サイズにどのような影響が生じるか？
• RQ5 高エネルギーpp衝突におけるハードダイジェットの存在は、中心的衝突をフィルターとして機能するか。これはユニタリティ限界とどのように関係するか？

主な発見

• チャームコリオン状態のサイズ補正を施したFNAL E401/E458実験のt依存性測定に基づき、x ~ 10⁻¹におけるグルーオンの横断的サイズは⟨ρ²⟩ ≈ 0.24 fm²と推定された。
• 微分断面積における観測されたB値3.26 GeV⁻²は、J/ψ状態の有限サイズを差し引いた後、2.96 GeV⁻²に減少した。
• x ~ 10⁻²における⟨ρ²⟩の約0.06 fm²の顕著な増加は、パイオン雲貢献に起因するとされ、x ~ 10⁻¹からx ~ 10⁻²にかけて観測されたt勾配の上昇と整合的である。
• H1およびZEUSデータから抽出された対数勾配α′ ≈ 0.08 GeV⁻²は、x ~ 10⁻³から10⁻²の範囲で⟨ρ²⟩がln(1/x)に対して弱く変化することを示唆しており、x ~ 10⁻²付近で急激な遷移が生じることを示唆している。
• LHCにおけるダイジェット生成（q⊥ = 25 GeV）のインパクトパラメータ分布P₂(b)は、一般化された非弾性分布Pin(b)よりも顕著に狭く、ハードダイジェットトリガーが中心的衝突を選択していることを示している。
• P₂(b)の狭さは、ハードダイジェットトリガーが中心的・高エネルギーpp衝突をフィルターとして機能できることを示しており、粒子生成におけるユニタリティおよびブラックボディ挙動の系統的解析を可能にする。