[논문 리뷰] Parton picture of inelastic collisions at transplanckian energies

O.V. Kancheli|ArXiv.org|2002. 08. 02.

Black Holes and Theoretical Physics참고 문헌 9인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 초플랑크 에너지에서의 비탄성 충돌을 위한 파르톤 모델을 제안하며, 플랑크 척도의 밀도를 가진 딱딱한 파르톤의 밀집 디스크로 중력 충격파를 모델링한다. 이 모델은 이러한 검은 디스크의 교차로 인해 딱딱한 구름광자 생성이 발생하며, 이는 교차 면적에 비례하는 포함 단면적을 유도한다. 또한 장거리 중력 반발력으로 인해 이후에 다중측면 블랙홀 사슬 형성이 유도되는 불안정성이 발생함을 예측한다.

ABSTRACT

We propose a parton model of inelastic collisions at transplanckian energies E >> G^{-1/2}, using the gravitons, whose transverse momenta are cut at the Planck scale, as partons. For this purpose we represent the gravitational shock-wave accompanying the fast particle in terms of such partons and take into account the higher order multiperipheral-like contributions. We argue that the internal part of this shock plane contains the ``black'' disk of radius R(E) ~ E^{1/2} filled by such hard partons with the Planck density. When two fast particles collide the hard graviton production comes from the region of intersection of their black disks. The corresponding value of inclusive cross-section at the given rapidity and the impact parameter is proportional to the area of this region. The final state with such hard gravitons is unstable relative to the long range gravitational repulsion, and this leads to the creation of the multiperipheral chain of black holes at later stages of the reaction. We discuss various details of this picture including higher order corrections and there connection to a purely classical approach; we also consider briefly possible changes when additional hidden dimensions are present.

연구 동기 및 목표

• 비교적 방법을 초월한 비탄성 고에너지 중력 충돌을 위한 파르톤 기반 모델을 개발하기 위해.
• 특히 플랑크 초과 에너지에서 곡률 특이점과 비양자화 효과를 포함한 고전적 충격파 모델의 한계를 다루기 위해.
• 반경이 있는 다중측면 기여와 비양자화 중력 효과를 반경이 있는 파르톤 그림을 통해 통합하기 위해.
• 브레인 월드 시나리오에서의 추가 차원이 검은 디스크의 구조와 최종 상태 역학에 어떤 영향을 미치는지 탐색하기 위해.

제안 방법

• 고속 입자의 중력 충격파를 플랑크 척도의 횡방향 운동량 절단을 가진 딱딱한 파르톤의 밀집 디스크로 표현하기 위해.
• 검은 디스크 반경을 R(E) ~ E^{1/2}로 모델링하고, 밀도 ~ G인 파르톤들로 채워서 충격파의 내부 구조를 나타내기 위해.
• 고정된 빠르기와 영향 매개변수에서의 포함 단면적을 두 검은 디스크 간의 교차 면적에 비례하도록 계산하기 위해.
• 고차 다중측면 기여와 장거리 중력 반발력이 최종 상태를 불안정하게 만들도록 고려하기 위해.
• 이클립소이드화된 구름광자 교환과 다중측면 다이어그램을 사용하여 산란 진폭의 부드럽고 딱딱한 기여를 모델링하기 위해.
• 고차원 중력으로 모델을 확장하기 위해 검은 디스크 반경을 D > 4에 대해 R(E) ~ (E/m_p)^{1/(D-2)}로 수정하고, D-2차원 교차 면적이 단면적을 결정하도록 하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고전적 충격파 특이점에 의존하지 않고 파르톤 모델이 초플랑크 에너지에서 비탄성 중력 충돌을 어떻게 기술할 수 있는가?
• RQ2 고차 다중측면 다이어그램이 고에너지 중력 충돌의 최종 상태에 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 장거리 중력 반발력이 딱딱한 구름광자 생성 이후에 다중측면 블랙홀 사슬 형성에 어떻게 기여하는가?
• RQ4 추가적인 큰 차원은 브레인 월드 모델에서 검은 디스크의 구조와 최종 상태 역학을 어떻게 수정하는가?
• RQ5 파르톤 그림에서 단면적과 검은 디스크의 겹침 면적 사이의 정량적 관계는 무엇인가?

주요 결과

• 딱딱한 구름광자 생성을 위한 포함 단면적은 각각 반경 R(E) ~ E^{1/2}인 두 검은 디스크 간의 겹침 면적에 비례한다.
• 검은 디스크는 플랑크 척도의 밀도 ~ G인 파르톤들로 채워져 있으며, 이는 중력 충격파의 내부 구조를 나타낸다.
• 최종 상태는 장거리 중력 반발력으로 인해 불안정해지며, 이로 인해 다중측면 블랙홀 사슬이 형성된다.
• 고차원 중력(D > 4)에서는 검은 디스크 반경이 R(E) ~ (E/m_p)^{1/(D-2)}로 스케일링되어 단면적의 에너지 및 차원성에 대한 의존성이 수정된다.
• 탄성 산란 진폭은 부드러운(Coulomb 유사) 및 허수의 회절 성분을 포함하며, 이 중 후자가 작은 영향 매개변수에서 지배적이다.
• 유한한 각도 단면적은 딱딱한 검은 디스크가 없는 파르톤 파동함수의 확률이 낮기 때문에 ~ exp(-s/m_p^2 * C(θ))로 급격히 지수적으로 감소한다.