[논문 리뷰] Coherent Photoproduction from Nuclei

L. Frankfurt, M. Strikman외 1명|arXiv (Cornell University)|2003. 04. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 일반화된 벡터 우도 모델(GVDM)과 주로-twist 그림자 효과를 사용하여 핵에서의 일관된 광생산이 하드 QCD 영역—색 투명성, 양성광학적 색 투과도, 블랙볼 한계(BBL)—를 조사하는 수단으로서 제안한다. 이는 인터랙션의 에너지 의존성이 진동하는 특성을 보이며, 글루온 그림자 효과로 인해 J/ψ 및 Υ 수율이 상당히 억제됨을 예측하여 LHC에서 HERA의 범위를 초월한 핵의 글루온 분포를 연구할 수 있도록 한다.

ABSTRACT

We argue that study of the cross section of coherent photo(electro) production of vector mesons off nuclear targets provides an effective method to probe the leading twist hard QCD regimes of color transparency and perturbative color opacity as well as the onset of black body limit (BBL) in the soft and hard QCD interactions. In the case of intermediate energies we use the Generalized Vector Dominance Model to take into account coherence effects for two distinctive limits - the soft interactions for production of $ρ$ and $ρ'$-mesons and the color transparency regime for production of charmonium states. We demonstrate that GVDM describes very well $ρ$-meson coherent photoproduction at $6 \leq E_γ \leq 10$ GeV and predict an oscillating energy dependence for the coherent charmonium production. In the limit of small $x$ we find that hard QCD leads to onset of the perturbative color opacity even for production of very small onium states, like $Υ$. The advantages of the process of coherent dijet photoproduction and hard diffractive processes in general for probing the onset of BBL and measuring the light-cone wave function of the photon in a hard scattering regime where decomposition over twists becomes inapplicable are explained. We apply this analysis to the study of the photon induced coherent processes in Ultra Peripheral Collisions of ions at LHC and demonstrate that the counting rates will be sufficient to study the physics of color opacity and color transparency at the energies beyond the reach of the electron-nucleon(nucleus) colliders.

연구 동기 및 목표

• 소규모 x 영역에서 하드 QCD 과정에서 블랙볼 한계(BBL)와 양성광학적 색 투과도의 도래를 조사하기 위해.
• 소규모 디폴프 상호작용에서 주로-twist 그림자 효과와 고차원-twist 효과의 타당성을 비교하기 위해.
• LHC에서의 초순수 이온 충돌(UPC)에서 색 투명성과 핵의 글루온 그림자 효과를 조사할 수 있는 가능성 탐색하기 위해.
• 벡터 메손(ρ, J/ψ, Υ)에 대한 일관된 대비 비일관된 광생산률을 비교하고 실험적 관측 가능성 평가하기 위해.

제안 방법

• 중간 에너지(6–10 GeV)에서 ρ 및 ρ′ 메손의 일관된 광생산을 기술하기 위해 일반화된 벡터 우도 모델(GVDM)의 사용.
• 소규모 x 과정에서의 글루온 밀도 수정을 모델링하기 위해 주로-twist 그림자 형식을 적용하여 핵 내 글루온 밀도(GA(x,Q²))를 기술.
• LHC에서 Ca-Ca 및 Pb-Pb UPC에서 일관된 J/ψ 및 Υ 생산의 운동량 이완 및 빠른도 분포 계산.
• 핵 효과를 분리하기 위해 일관된 단면적을 비일관된 추정치(A × 뉴클론 수준 단면적)와 비교.
• H1 모형화된 글루온 밀도와 영향 매개변수 의존성 있는 이케오날 모형을 통합하여 그림자 효과 평가.
• 시뮬레이션에서 일관된 사건을 분리하기 위해 제로 도자칼로리미터의 보이드 트리거 및 낮은 횡방향 운동량 선택 조건 사용.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC에서의 UPC에서의 벡터 메손 일관된 광생산이 하드 QCD 과정에서 블랙볼 한계(BBL)의 도래를 조사할 수 있는가?
• RQ2 중심 빠른도 영역에서 중량 이온 UPC에서 주로-twist 글루온 그림자 효과가 일관된 J/ψ 및 Υ 생산을 어느 정도 억제하는가?
• RQ3 에너지 의존성이 일관된 ρ 및 ρ′ 광생산에서 부드러운 QCD 상호작용과 변동하는 상호작용 강도를 어떻게 반영하는가?
• RQ4 LHC 에너지에서 일관된 디젯 또는 쿼크온 광생산에서 색 투명성에서 색 투과도로의 전이를 관측할 수 있는가?
• RQ5 소규모 x에서 소규모 디폴프 단면적의 증가를 억제하는 데 주로-twist 대비 고차원-twist 효과의 상대적 중요도는 무엇인가?

주요 결과

• 6–10 GeV에서의 일관된 ρ-메손 광생산은 GVDM으로 잘 기술되며, 이는 소규모 QCD 영역에서의 타당성을 확인한다.
• 일관된 케이론 생산은 파동함수 진화에서 간섭 효과로 인해 진동하는 에너지 의존성을 보인다.
• Pb-Pb UPC에서 일관된 J/ψ 생산의 총 단면적은 중심 빠른도에서 주로-twist 글루온 그림자 효과로 인해 6배 감소한다.
• Υ 생산의 경우 중심 빠른도에서 충격 근사치에 비해 수율이 2배 감소하여 강한 그림자 효과를 나타낸다.
• 일관된 J/ψ 및 Υ 생산의 운동량 이완 분포는 비일관된 과정과는 뚜렷한 형태를 보이며, 실험적 분리가 가능하다.
• LHC UPC에서 일관된 벡터 메손 생산의 카운팅 레이트는 HERA 및 固定-타겟 실험을 초월한 에너지에서 색 투과도 및 투명성을 연구하는 데 충분하다.