[논문 리뷰] Particle production in field theories coupled to strong external sources

François Gelis, R. Venugopalan|arXiv (Cornell University)|2006. 01. 25.

Fluid Dynamics and Turbulent Flows인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 강한 시간에 의존하는 외부 소스(예: 색 유리 응축체)에 결합된 양자장 이론에서 입자 생성을 비섭동적으로 다루는 형식론을 개발한다. 잘린 진공-진공 파인만 도형을 사용하여 결합 상수의 모든 차수에서 입자 수 분포에 대한 정확한 공식을 유도하며, 고전적 근사에서도 비포isson 통계가 나타남을 보이고, 이러한 결과를 레지온장 이론과 AGK 상쇄와 연결한다.

ABSTRACT

We develop a formalism for particle production in a field theory coupled to a strong time-dependent external source. An example of such a theory is the Color Glass Condensate. We derive a formula, in terms of cut vacuum-vacuum Feynman graphs, for the probability of producing a given number of particles. This formula is valid to all orders in the coupling constant. The distribution of multiplicities is non--Poissonian, even in the classical approximation. We investigate an alternative method of calculating the mean multiplicity. We show that at leading and next-to-leading order the multiplicity can be expressed in terms of retarded solutions of equations of motion for the classical and small fluctuation fields respectively. The variance of the distribution can be calculated in a similar fashion. Our formalism provides a framework to compute particle production in proton-nucleus and nucleus-nucleus collisions beyond leading order in the coupling constant and to all orders in the source density. We also provide a transparent interpretation (in conventional field theory language) of the well known Abramovsky-Gribov-Kancheli (AGK) cancellations. Explicit connections are made between the framework for multi-particle production developed here and the framework of Reggeon field theory.

연구 동기 및 목표

• 강한 시간에 의존하는 외부 소스(예: 색 유리 응축체)를 갖는 양자장 이론에서 입자 생성을 결합 상수의 모든 차수에서 체계적으로 계산할 수 있는 프레임워크를 개발하는 것.
• 주어진 수의 입자를 생성할 확률에 대한 모든 차수에서 유효한 공식을 도출하는 것.
• 다중 입자 생성의 맥락에서 아브라모브스키-그리보프-칸체리(AGK) 상쇄의 장 이론적 해석을 제공하는 것.
• 고전적 해와 소규모 변동 해를 사용하여 평균 입자 수와 분산을 최고차수 이상으로 확장하는 것.
• 제안된 형식론과 다중 입자 생성을 기술하는 데 있어 레지온장 이론 간의 명시적 연결 고리를 설정하는 것.

제안 방법

• 형식론은 최종 상태에서 특정 수의 입자를 생성하는 확률 진폭을 코딩하는 잘린 진공-진공 파인만 도형에 기반한다.
• 모든 차수에서의 결합 상수에 대해 수렴 가능한 모든 잘린 도형의 합으로부터 입자 수 분포가 도출된다.
• 최고차수에서 평균 입자 수는 배경장에 대한 고전적 운동 방정식의 후행 해(solution)로부터 계산된다.
• 다음 최고차수에서 평균 입자 수는 소규모 장 변동에 대한 선형화된 방정식의 후행 해로부터 도출된다.
• 분산은 변동 방정식의 후행 해를 포함하는 유사한 방법으로 계산된다.
• 이 구조적 특성 덕분에 잘린 도형의 구조를 통해 AGK 상쇄가 자연스럽게 포함되며, 이러한 알려진 상쇄 현상에 대한 전통적인 장 이론적 해석을 제공한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강한 시간에 의존하는 외부 소스를 갖는 양자장 이론에서 결합 상수의 최고차수 이상으로 입자 생성을 체계적으로 계산할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 이러한 이론에서 주어진 수의 입자를 생성할 확률에 대한 정확한 모든 차수의 공식은 무엇인가?
• RQ3 왜 고전적 근사에서도 입자 수 분포가 비포isson일까? 이를 장 이론적으로 어떻게 이해할 수 있는가?
• RQ4 기존에 알려진 AGK 상쇄는 다중 입자 생성을 위한 장 이론적 프레임워크 내에서 어떻게 자연스럽게 유도되는가?
• RQ5 제안된 형식론과 다중 입자 최종 상태를 기술하는 데 있어 레지온장 이론 간의 정밀한 연결 고리는 무엇인가?

주요 결과

• 주어진 수의 입자를 생성할 확률은 모든 차수에서 유효한 잘린 진공-진공 파인만 도형으로 정확히 표현된다.
• 고전적 근사에서도 입자 수 분포는 비포isson적임을 보이며, 이는 생성 과정에서 강한 상관관계가 있음을 시사한다.
• 최고차수에서 평균 입자 수는 배경장에 대한 고전적 운동 방정식의 후행 해에 의해 결정된다.
• 다음 최고차수에서 평균 입자 수는 소규모 장 변동에 대한 선형화된 방정식의 후행 해로부터 계산된다.
• 분산은 변동 장에 대해 동일한 후행 해 기법을 적용하여 계산할 수 있다.
• 형식론은 잘린 도형의 구조에 기반하여 AGK 상쇄를 명확하게 장 이론적으로 유도하며, 그 기원을 밝혀낸다.