[논문 리뷰] Total, inelastic and (quasi-)elastic cross sections of high energy pA and gamma-A reactions with the dipole formalism

Gösta Gustafson, Leif Lönnblad외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 30.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 64인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 BFKL 역학, 포화 및 색 간섭을 포함하는 DIPSY 도플레 모델을 사용하여 고에너지 pA 및 γ⋆A 충돌에서 총, 비탄성 및 (준-)탄성 단면적을 계산한다. pA 단면적은 핵의 면적에 따라 약간 비례하는 반면, γ⋆A 단면적은 A에 대해 더 선형적으로 비례하며, 색 간섭으로 인해 γ⋆Au 단면적이 약 10% 감소함을 발견하여未래 전자-핵 충돌기의 初기상태 역학을 탐색하는 데의 가치를 강조한다.

ABSTRACT

In order to understand the initial partonic state in proton-nucleus and electron-nucleus collisions, we investigate the total, inelastic, and (quasi-)elastic cross sections in pA and gamma-A collisions, as these observables are insensitive to possible collective effects in the final state interactions. We used as a tool the DIPSY dipole model, which is based on BFKL dynamics including non-leading effects, saturation, and colour interference, which we have extended to describe collisions of protons and virtual photons with nuclei. We present results for collisions with O, Cu, and Pb nuclei, and reproduce preliminary data on the pPb inelastic cross section at LHC by CMS and LHCb. The large NN cross section results in pA scattering that scales approximately with the area. The results are compared with conventional Glauber model calculations, and we note that the more subtle dynamical effects are more easily studied in the ratios between the total, inelastic and (quasi-)elastic cross sections. The smaller photon interaction makes the gamma-A collisions more closely proportional to A, and we see here that future electron-ion colliders would be valuable complements to the pA collisions in studies of dynamical effects from correlations, coherence and fluctuations in the initial state in high energy nuclear collisions.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 pA 및 γ⋆A 충돌에서 최종상태의 집합성과 무관한 初기상태의 쿼크-글루온 구성 이해를 위한 목적.
• 포화, 색 간섭 및 불규칙성의 영향을 고려하여 총, 비탄성 및 (준-)탄성 단면적의 변화를 연구하는 목적.
• DIPSY 모델 결과를 전통적인 글라우버 모델 계산과 비교하여 역학적 효과를 분리하는 목적.
• 전자-핵 충돌기가 初기상태 상관관계 및 간섭 효과를 탐색하는 데의 잠재력을 평가하는 목적.
• DIPSY 도플레 모델을 핵 목표로 확장하고 LHC pPb 데이터와의 일치를 검증하는 목적.

제안 방법

• BFKL 역학에 비주류 보정, 포화 및 색 간섭을 포함하는 DIPSY 도플레 모델을 pA 및 γ⋆A 충돌을 기술하기 위해 확장한다.
• 모델은 고에너지 산란의 도플레 그림을 기반으로 하며, 입사 입자가 타겟 핵과의 상호작용을 위해 색 도플레 상태로 변환된다고 계산한다.
• 좋은-워커 형식을 적용하여 입사체 및 타겟의 고유상태 분해를 통해 비탄성 및 준탄성 과정을 기술한다.
• 단면적은 영향 매개변수의 함수로 계산되며, 다중 산란의 지수적 합산을 통해 단위성을 확보한다.
• 총, 비탄성 및 (준-)탄성 단면적의 비율을 사용하여 간섭 및 불규칙성과 같은 미세한 역학적 효과를 분리한다.
• 모델 결과를 글라우버 모델 예측과 비교하여 쿼크-글루온 상관관계 및 간섭으로 인한 차이를 부각시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 pA 및 γ⋆A 충돌에서 총, 비탄성 및 (준-)탄성 단면적이 핵 크기 A와 가상성 Q²에 따라 어떻게 스케일링되는가?
• RQ2 다른 뉴클레온 내의 파artons 간의 색 간섭 효과가 γ⋆A 단면적을 얼마나 억제하는가?
• RQ3 DIPSY 모델의 pPb 비탄성 단면적 결과가 CMS 및 LHCb의 최초 LHC 데이터와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 단면적 비율이 개별 단면적보다 역학적 효과를 더 명확히 드러내는 방식은 무엇인가?
• RQ5 pA 및 γ⋆A 단면적의 스케일링 행동을 결정하는 데서 포화와 간섭 효과의 상대적 중요도는 어떻게 되는가?

주요 결과

• pA 단면적은 핵의 면적 (R_A + R_p)²에 따라 약간 비례하며, 고에너지 충돌에서 검은 중심 영역가 존재함을 시사한다.
• γ⋆A 단면적은 A에 대해 약선형적으로 스케일링되지만, 낮은 Q² 및 큰 A에서 색 간섭 증가로 인해 A-스케일링에서 더 강한 이탈을 보인다.
• 다른 뉴클레온 내의 글루온 간의 색 간섭은 γ⋆Au 단면적을 약 10% 감소시켜, 정밀 측정에서만 관찰 가능한 비트리비얼한 양자역학적 효과임을 나타낸다.
• DIPSY 모델은 최초의 LHC pPb 비탄성 단면적 데이터를 성공적으로 재현하여 초기상태 역학에 대한 기술의 타당성을 검증한다.
• 총, 비탄성 및 (준-)탄성 단면적의 비율은 개별 단면적보다 불규칙성 및 간섭과 같은 역학적 효과에 더 민감하다.
• 모델는 향후 전자-핵 충돌기가 고에너지 핵 충돌에서 초기상태 상관관계 및 양자 간섭을 보다 우수하게 탐색할 수 있음을 시사한다.