[논문 리뷰] Double Parton Splitting Diagrams and Interference and Correlation Effects in Double Parton Scattering

Jonathan R. Gaunt|arXiv (Cornell University)|2011. 10. 07.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 8인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 양성자-양성자 충돌에서 이중 파arton 분열(DPS) 프레임워크를 비판적으로 검토하며, 이중 PDF(dPDF) 접근법 내에서 '이중 양자역학적 분열' 도형을 DPS 기여로 고립시키는 것의 타당성을 도전한다. 이는 이러한 도형에서 DPS와 비-DPS 기여 간에 자연스러운 분리가 존재하지 않음을 보여주며, dPDF 형식주의의 기초를 약화시킨다. 또한, 비극화된 DPS에서 간섭 및 상관된 파arton 효과가 간과되었음을 지적하며, 이전에 무시되었던 색과 스핀 상관관계가 특히 이중 Drell-Yan 과정에서 획기적으로 기여할 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

We discuss two topics in double parton scattering (DPS) theory that have been the subject of recent research interest. First, the role of `double parton splitting' diagrams in DPS is discussed. We outline the `double PDF' description of DPS, which was introduced a number of years ago. It is pointed out that under this framework, a certain structure is anticipated in the cross section expression for a `double perturbative splitting' diagram, which in the framework is regarded as DPS. We show that although this structure does indeed appear in the `double perturbative splitting' diagrams, there is no natural reason to demarcate specifically this part of the graph as the DPS part, and indeed there is no natural part of these diagrams that can be regarded as DPS. There therefore appear to be some unsatisfactory features in the double PDF approach to describing DPS. The second issue we discuss is that of interference and correlated parton contributions to proton-proton DPS. We explain in simple terms why there can be such contributions to the DPS cross section. The potential existence of such contributions was pointed out long ago by Mekhfi and more recently by Diehl and Schafer, but has been largely ignored in phenomenological investigations of DPS.

연구 동기 및 목표

• 이중 PDF(dPDF) 형식주의 내에서 '이중 양자역학적 분열' 도형을 DPS 기여로 고립시키는 것이 타당한지 평가하기.
• dPDF 접근법이 이중 파arton 산란에서 DPS와 비-DPS 기여를 자연스럽게 분리하는지 조사하기.
• 비극화된 양성자-양성자 이중 파arton 산란에서 간섭 및 상관된 파arton 기여의 역할을 재정의하고 명확히 하기.
• 이러한 간섭 및 상관관계 효과—이전에 간과되었음—이 크기가 크고 현상학적으로 의미가 있을 수 있음을 강조하기.
• 이러한 효과를 포함한 향상된 현상학적 연구를 촉구하며, 상관관계가 있는 2pGPD의 진화 효과와 저에너지 입력을 포함하기.

제안 방법

• 기본 파르티클 도형 규칙과 횡방향 운동량 적분을 사용하여 '이중 양자역학적 분열' 도형의 단면적 구조 분석.
• 로그 항 $[\log(Q^2/\Lambda^2)]^2/\sigma_{\text{eff}}$ 의 존재를 검증하기 위해 최소 모델로 '교차된 상자' 루프 도형(그림 1b)을 적용.
• 2pGPD를 종방향 및 횡방향 부분으로 인과하여, $\sigma_{\text{eff}}$ 는 $\int F(\mathbf{b})^2 d^2\mathbf{b}$ 로 정의.
• dPDF 접근법과 전체 2pGPD 프레임워크를 비교하여, dPDF가 DPS 기여를 자연스럽게 분리하지 못함을 보여줌.
• DPS를 위한 잘린 도형(그림 2b)을 분석하여 색과 스핀 양자수로부터 기인하는 간섭 및 상관 기여를 확인.
• 단일 파arton 산란(SPS)과 유사성을 비교하며, 양성자가 재형성 조건에 의해 제약을 받기 때문에 SPS에서는 간섭이 금지되지만, DPS에서는 집합적 양자수 보존에 의해 허용됨.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 dPDF 프레임워크 내에서 '이중 양자역학적 분열' 도형을 DPS 기여로 청소하고 고립시킬 수 있는가?
• RQ2 '교차된 상자' 도형의 단면적에 dPDF 모델이 예측한 바와 같이 $[\log(Q^2/\Lambda^2)]^2/\sigma_{\text{eff}}$ 의 구조가 존재하는가?
• RQ3 왜 간섭 및 상관된 파arton 기여는 비극화된 이중 파arton 산란에서는 존재하지만 단일 파arton 산란에서는 존재하지 않는가?
• RQ4 비극화된 양성자에서 DPS 단면적에 색과 스핀 상관관계가 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 간섭 및 상관된 파arton 효과는 현상학적 모델에서 얼마나 정량화될 수 있으며, 스케일에 따라 어떻게 진화하는가?

주요 결과

• '이중 양자역학적 분열' 도형에서 DPS와 비-DPS 기여 간에 자연스러운 분리가 존재하지 않으며, 이는 이중 PDF 접근법의 기초를 약화시킨다.
• dPDF 모델이 예측한 $[\log(Q^2/\Lambda^2)]^2/\sigma_{\text{eff}}$ 의 구조는 전체 단면적 계산에서 별개의 DPS 성분으로 나타나지 않는다.
• 집합적 양자수 보존 덕분에 비극화된 양성자-양성자 충돌에서도 간섭 및 상관된 파arton 기여가 가능하다.
• 색 간섭 도형—예를 들어 이중 Drell-Yan 과정에서의 것—은 중요한 기여를 할 수 있으며, 양성자의 재형성 조건은 양자수의 합만 제약하기 때문이다.
• 파arton 쌍 간의 스핀 및 색 상관관계는 비극화된 양성자에서도 비제로인 행렬원소(예: $\Delta q_1 \Delta q_2 \neq 0$)를 유도할 수 있다.
• 이론적으로 중요한 바이지만, 현상학적 DPS 연구에서 간섭 및 상관된 파arton 효과는 대부분 간과되었으며, 진화 및 입력 모델을 정확히 반영한 보다 깊이 있는 연구가 필요하다.