[논문 리뷰] Diffraction at HERA, Color Opacity and Nuclear Shadowing

L. Frankfurt, M. Strikman|ArXiv.org|1998. 12. 10.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 QCD 인화 및 HERA의 산란 데이터를 사용하여 고형핵 내 쿼크와 글루온의 주로-twist 핵 영향을 유도한다. x ≤ 10⁻³에서 글루온 상호작용의 截面은 약 50 mb로, 쿼크 영역보다 약 3배 강하다. 이는 DGLAP 근사에서 글루온에 대해 더 큰 Q₀가 필요하다는 것을 시사한다. A ≈ 200일 경우, 글루온 영향은 x ≤ 10⁻³에서 글루온 밀도를 4–5배 감소시켜, 양자 색역학의 고전적 효과를 드러내며, eA 충돌에서 강한 색 투과도와 J/ψ 생성의 억제를 암시한다.

ABSTRACT

The QCD factorization theorem for diffractive processes in DIS is used to derive formulae for the leading twist contribution to the nuclear shadowing of parton distributions in the low thickness limit. Based on the current analyzes of diffraction at HERA we find that the average strength of the interactions which govern diffraction in the gluon sector at $x \le 10^{-3}, Q_0=2 GeV$ is ~50 mb. This is 3 times larger than in the quark sector and suggests that applicability of DGLAP approximation requires significantly larger $Q_0$ in the gluon sector. We use this information to estimate quark and gluon shadowing for heavy nuclei and to calculate its$Q^2$ depen- dence. For A~200 the amount of the gluon shadowing: $G_A/AG_N\sim 0.25-0.4$ at $x<10^{-3},Q=2GeV$ is sensitive to the probability of the small size configurations within wave function of the gluon "partonometer" at the $Q_0$ scale. At this scale for $A\sim 200$ the nonperturbative contribution to the gluon density is reduced by a factor of 4-5 at $x \le 10^{-3}$ unmasking PQCD physics in the gluon distribution of heavy nuclei. Such shadowing would strongly modify the first stage of the heavy ion collisions at LHC, and would lead to large color opacity effects in $eA$ collisions at x<0.001. The leading twist contribution to the cross section of the coherent $J/ψ$ production off $A\ge 12$ nuclei at $\sqrt s \ge 70$ GeV is strongly reduced as compared to the naive color transparency expectations. The Gribov black body limit for $F_{2A}(x,Q^2)$ is extended to the case of the gluon distributions in nuclei and shown to be relevant for the HERA kinematics of $eA$ collisions. Properties of the final states are also briefly discussed.

연구 동기 및 목표

• QCD 인화를 사용해 핵 내 파르톤 분포의 주로-twist 핵 영향을 유도하기 위해.
• HERA 산란 데이터로부터 소규모 x 영역에서 글루온-글루온 상호작용 강도를 정량화하기 위해.
• LHC에서의 중수핵 충돌과 저 x 영역에서의 eA 산란에 있어 글루온 영향의 영향을 평가하기 위해.
• HERA 운동 조건에 대해 글루온 분포에 대해 그리보프 검은 몸체 한계를 핵에 확장하기 위해.
• A ≥ 12 핵에서 √s ≥ 70 GeV 조건에서 핵 영향과 색 투과도 효과로 인해 일관된 J/ψ 생성의 억제 정도를 평가하기 위해.

제안 방법

• 낮은 핵 두께 조건에서의 산란 깊은 비탄성 산란(DIS) 과정에 QCD 인화 정리 적용.
• HERA의 산란 데이터를 활용해 x ≤ 10⁻³ 및 Q₀ = 2 GeV에서 평균 글루온-글루온 상호작용 截면 추출.
• 비추상적 글루온 구조와 상호작용 강도를 이용해 고형핵(A ≈ 200)에서 쿼크 및 글루온 영향 추정.
• 유도된 상호작용 截면과 파르톤 분포 함수를 사용해 영향의 Q² 의존성 계산.
• HERA 운동 조건에 적용해 핵 내 글루온 분포에 대해 그리보프 검은 몸체 한계 확장.
• 유도된 영향과 색 투과도 효과를 사용해 핵에서의 일관된 J/ψ 생성 截면 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저 x 및 Q² 조건에서 고형핵 내 글루온 분포의 주로-twist 기여는 무엇인가?
• RQ2 x ≤ 10⁻³에서 글루온-글루온 상호작용 강도는 쿼크-쿼크 상호작용과 비교해 어떻게 되며, 이는 DGLAP 진화에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 A ≈ 200 핵에서 x ≤ 10⁻³ 조건에서 글루온 영향은 얼마나 강한가? 이는 낮은 x 영역에서 양자 색역학의 고전적 효과를 드러내는가?
• RQ4 √s ≥ 70 GeV 조건에서 A ≥ 12 핵에서 핵 영향은 일관된 J/ψ 생성을 얼마나 억제하는가?
• RQ5 HERA eA 충돌 조건에서 핵 내 글루온 분포에 대해 그리보프 검은 몸체 한계가 적용 가능한가?

주요 결과

• x ≤ 10⁻³ 및 Q₀ = 2 GeV 조건에서 평균 글루온-글루온 상호작용 截면은 약 50 mb로, 쿼크 영역보다 3배 크다.
• A ≈ 200일 경우, 글루온 영향은 x ≤ 10⁻³에서 글루온 밀도를 4–5배 감소시켜 강한 비추상적 효과를 시사한다.
• 글루온 밀도에 대한 비추상적 기여는 크게 감소하여, 낮은 x 영역에서 고형핵 내 양자 색역학의 고전적 물리가 드러난다.
• 글루온 영향은 x < 0.001 조건에서 eA 충돌에서 큰 색 투과도 효과를 유도하며, LHC에서의 중수핵 충돌 초기 단계를 수정한다.
• √s ≥ 70 GeV 조건에서 A ≥ 12 핵에서의 일관된 J/ψ 생성 截면은 단순 색 투과도 예측보다 크게 감소한다.
• F₂A(x, Q²)에 대한 그리보프 검은 몸체 한계는 핵 내 글루온 분포에 대해 확장되었으며, HERA 운동 조건에서 관련성이 있음을 입증하였다.