[논문 리뷰] QCD coherence effects in high energy reactions with nuclei

J. Raufeisen|ArXiv.org|2000. 09. 29.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 3인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 핵에서의 깊이 있는 비탄성 산란(DIS) 및 Drell-Yan(DY) 과정에서의 양자 chromodynamics(QCD) 응집 효과와 핵 그림자 효과를 조사한다. 수정된 Glauber-Gribov 이론을 사용하고 모든 차수의 다중 산란 기여에 핵 형상 인자(full nuclear form factor)를 포함하며, 평균 응집 길이를 도입함으로써, RHIC 에너지에서 양성자-핵 충돌에서 모든 $x_F$ 값에서 뚜렷한 그림자 효과를 예측한다. 이는 NMC, E665, E772 데이터와 양호한 일치를 보이며, HERMES 데이터는 여전히 설명되지 않는다. 또한 새로운 도플레 크로스 세크션 파arametrization도 제안한다.

ABSTRACT

In this work, coherence effects in deep inelastic scattering (DIS) and in the Drell-Yan (DY) process off nuclei are investigated, in particular nuclear shadowing. The target rest frame and the color dipole formulation are employed. Multiple scatterings are treated in Glauber-Gribov theory, which is modified to include the nuclear form factor to all orders. Based on the mean coherence length, which is defined in this work, it is estimated that gluon shadowing is negligible at x_{Bj}>0.01. Parameter free calculations are compared to NMC and E665 data for DIS and to E772 data for DY. In both cases, good agreement is found. It is however not possible to reproduce the effect observed by HERMES. For dileptons in proton-nucleus collisions at RHIC energies, considerable shadowing for the whole x_F range is predicted. The influence of the nucleus on the DY transverse momentum distribution is also studied. Furthermore, a new parametrization of the dipole cross section is presented.

연구 동기 및 목표

• 핵을 포함한 고에너지 반응에서의 응집 효과, 특히 DIS 및 Drell-Yan 과정에서의 핵 그림자 효과를 이해하기 위해.
• 모든 차수에서 다중 산란과 핵 형상 인자를 고려한 이론적 프레임워크를 개발하여 기존의 표준 Glauber-Gribov 이론을 향상시키기 위해.
• 다양한 Bjorken-$x_{Bj}$ 값에서 글루온 그림자 효과의 지배성을 추정하기 위해 평균 응집 길이의 개념을 정의하고 활용하기 위해.
• NMC, E665, E772의 실험 데이터와의 직접 비교를 위해 자유 매개변수 없는 계산을 수행하고, RHIC 에너지에서의 DY 이중 레프톤 생성을 예측하기 위해.
• 핵 효과를 더 잘 묘사하기 위해 새로운 도플레 크로스 세크션 파arametrization을 제시하기 위해.

제안 방법

• 대상 입자 기준 프레임과 색 도플레 수식을 사용하여, 빛의 경로 파동 함수와 도플레 크로스 세크션을 이용해 DIS 및 DY 과정을 모델링한다.
• 다중 산란 기여의 모든 차수에 걸쳐 핵 형상 인자를 포함한 수정된 Glauber-Gribov 이론을 적용한다.
• 고에너지 $x_{Bj}$에서 글루온 그림자 효과의 지배성을 추정하기 위해 Fock 상태에 대한 평균 응집 길이의 새로운 정의를 도입한다.
• 현실적인 핵 밀도 분포와 도플레 크로스 세크션을 사용하여, DIS 및 DY 크로스 세크션의 자유 매개변수 없는 계산을 수행한다.
• 퍼티럽바티브 및 비퍼티럽바티브 파동 함수를 모두 포함한, 도플레 크기, 영향 매개변수, 종방향 운동량 분율에 대한 적분을 통해 $\gamma^*A$ 크로스 세크션의 표현을 유도한다.
• 무한한 응집 길이 근사에서 크로스 세크션을 현실적인 파arametrization과 일치시키기 위해 도플레 크로스 세크션 강도 $C(s)$를 校정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 평균 응집 길이를 통한 추정에 따라, $x_{Bj} > 0.01$에서 글루온 그림자 효과가 무시할 수 있을 정도로 작은가?
• RQ2 핵 형상 인자를 전적으로 포함한 수정된 Glauber-Gribov 접근법이 자유 매개변수 없이 기존의 DIS 및 Drell-Yan 데이터를 재현할 수 있는가?
• RQ3 NMC, E665, E772 등 다른 실험들과 양호한 일치를 보이지만, HERMES의 이중 레프톤 생성 데이터는 모델이 재현하지 못하는 이유는 무엇인가?
• RQ4 RHIC 에너지에서 Drell-Yan 이중 레프톤 생성의 핵 그림자 효과의 예측 크기와 $x_F$ 의존성은 어떠한가?
• RQ5 핵 매질이 Drell-Yan 이중 레프톤의 횡방향 운동량 분포에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 정의된 평균 응집 길이를 바탕으로, 글루온 그림자 효과가 $x_{Bj} > 0.01$에서 무시할 수 있을 정도로 작다고 추정된다.
• 자유 매개변수 없는 계산 결과, 깊이 있는 비탄성 산란에 대해 NMC 및 E665 데이터와 양호한 일치를 보이며, Drell-Yan 과정에 대해서는 E772 데이터와도 잘 일치한다.
• 모델은 HERMES에서 관측된 이중 레프톤 생성 효과를 재현하지 못하며, 이는 현재 프레임워크에 오차 또는 누락된 물리적 요소가 있을 수 있음을 시사한다.
• RHIC 에너지에서 양성자-핵 충돌의 경우, Drell-Yan 이중 레프톤에 대해 전체 $x_F$ 범위에서 뚜렷한 핵 그림자 효과를 예측한다.
• 핵이 Drell-Yan 쌍의 횡방향 운동량 분포에 미치는 영향은 비단순적이며, 정량적으로 연구되었다.
• 무한한 응집 길이 근사에서 크로스 세크션을 재현하도록 校정된 새로운 도플레 크로스 세크션 파arametrization이 제시되었다.