[論文レビュー] Alignment in hadronic interactions

Tadeusz Wibig|ArXiv.org|Mar 23, 2000

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、高エネルギー宇宙線衝突における観測された偏光粒子ショワーの原因が、新物理や特異粒子ではなく、相対論的に回転するストリングのハドロン化過程における角運動量保存則に起因する運動的制約であると提案する。このモデルは、ストリングの破片化に伴い横方向運動量が増加し、先導クォークの方向に再整合するため、エネルギーが約10^16 eVを超える領域で偏光イベントの割合が増加する現象を自然に説明する。

ABSTRACT

The alignment of the products of very high energy interactions seen in mountain altitude experiments is one of the most puzzling phenomena in cosmic ray physics for quite a long time. The observations of the Pamir and Chacaltaya emulsion chamber groups and by the Tien-Shan extensive air shower experiment, together with a very clear event seen in the Concorde French-Japanese experiment in the stratosphere, makes the experimental basis very substantial. In the present paper a novel possible explanation is put forward.

研究の動機と目的

• 山岳および圏層高度で観測された高エネルギー宇宙線衝突における方位角的偏光の長年の謎を解明すること。
• 統計的ゆらぎや重い原子核の崩壊といった従来の説明を疑問視し、標準模型粒子物理学に基づくメカニズムを提案すること。
• 新粒子や特異相互作用を仮定せず、ストリング的ハドロン化過程における保存則から偏光が生じることを示すこと。
• 核乳晶および大気ショワー実験で観測された二眼型および偏光イベントを、定性的ではあるが物理的に整合性のある枠組みで説明すること。

提案手法

• 衝突を、中心系エネルギー√sに比例する質量を有する相対論的回転ストリング（中間的励起状態を表す）の形成としてモデル化する。
• 角運動量保存則を適用し、ストリングの回転ダイナミクスを導出し、ストリングの質量と衝突パrameter b が回転運動量 J₃ ∝ bc√s (M/√s)² を決定することを示す。
• 相対論的運動下での曲がった非一様ストリングの時間発展を分析し、破片化が中心から外側へ伝播することを示す。
• 崩壊生成物の運動量の進化を追跡する：初期の破片はストリングの曲がりに沿って横方向運動量が増加し、その後先導クォークの方向に再整合する。
• 衝突パラメータ表現とアイケノン形式を用いてユニタリティを保ち、双対パートンおよびストリングモデルに一般化可能である。
• ストリング破片化ダイナミクスの定性的な分析に依存するが、正確な解が得られないものの、観測されたイベント形状と一般的に整合すると主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された高エネルギー宇宙線ショワーにおける偏光現象は、新物理ではなく標準保存則によって説明可能か？
• RQ2 角運動量保存則は、相対論的ストリングからの崩壊生成物の空間的分布にどのように寄与するか？
• RQ3 なぜ偏光イベントの割合が約10^16 eVを超えると急激に増加するのか？この挙動は既知のハドロン化ダイナミクスと整合するか？
• RQ4 相対論的ストリングの曲がりが、横方向からコラム状の粒子放出へとどのように移行するか？
• RQ5 なぜ偏光イベントではコアエネルギーと位置の間に相関が見られないのか？この現象は提案された破片化メカニズムで説明可能か？

主な発見

• 高エネルギー宇宙線衝突における偏光現象は、新物理を必要とせず、相対論的に回転するストリングのハドロン化における角運動量保存則によって説明可能である。
• モデルは、ストリングの曲率増加とストリング長手に沿った横方向運動量の増大に起因し、エネルギーが約10^16 eVを超える領域で偏光イベントの発生率が上昇すると予測する。
• 曲がったストリングの破片化は、初期段階で横方向運動量が増加する粒子を生成し、その後先導クォークの方向に再整合してコラム状のジェットを形成する。
• ストリング破片化による中心および前方ジェットは、X線乳晶に可視化されたチアカルタヤ実験で観測された二眼型イベントを説明できる。
• このメカニズムは、偏光イベントにおけるエネルギーと位置の強い相関がないことの自然な説明を提供する。これは破片化過程が運動論的およびストリングダイナミクスによって支配されるためである。
• モデルは、偏光イベントが垂直成分に多く観測されることと整合しており、主に深く貫徹する高エネルギー陽子が主な起源であるという仮説を支持する。