[论文解读] Coherent Photoproduction from Nuclei

L. Frankfurt, M. Strikman+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 30, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

本文提出利用原子核上的相干光致产生作为探测强规范理论（QCD）高能区——色透明、微扰色不透明度以及黑体极限（BBL）——的手段，结合广义矢量主导模型（GVDM）与主导扭数阴影效应。该研究预测了相干粲偶素产生的能量依赖关系呈现振荡特征，且由于胶子阴影效应，J/ψ与Υ的产额显著抑制，从而为LHC研究超出HERA范围的核内胶子分布提供了可能。

ABSTRACT

We argue that study of the cross section of coherent photo(electro) production of vector mesons off nuclear targets provides an effective method to probe the leading twist hard QCD regimes of color transparency and perturbative color opacity as well as the onset of black body limit (BBL) in the soft and hard QCD interactions. In the case of intermediate energies we use the Generalized Vector Dominance Model to take into account coherence effects for two distinctive limits - the soft interactions for production of $ρ$ and $ρ'$-mesons and the color transparency regime for production of charmonium states. We demonstrate that GVDM describes very well $ρ$-meson coherent photoproduction at $6 \leq E_γ \leq 10$ GeV and predict an oscillating energy dependence for the coherent charmonium production. In the limit of small $x$ we find that hard QCD leads to onset of the perturbative color opacity even for production of very small onium states, like $Υ$. The advantages of the process of coherent dijet photoproduction and hard diffractive processes in general for probing the onset of BBL and measuring the light-cone wave function of the photon in a hard scattering regime where decomposition over twists becomes inapplicable are explained. We apply this analysis to the study of the photon induced coherent processes in Ultra Peripheral Collisions of ions at LHC and demonstrate that the counting rates will be sufficient to study the physics of color opacity and color transparency at the energies beyond the reach of the electron-nucleon(nucleus) colliders.

研究动机与目标

• 研究小x区域硬QCD过程中的黑体极限（BBL）与微扰色不透明度的 onset 机制。
• 检验主导扭数阴影效应与高阶扭数效应在小尺寸胶子偶极子与核相互作用中的有效性。
• 探索在LHC的超外围离子碰撞（UPC）中探测色透明与核内胶子阴影效应的可行性。
• 比较矢量介子（ρ、J/ψ、Υ）的相干与非相干光致产生率，并评估实验可观测性。

提出的方法

• 采用广义矢量主导模型（GVDM）描述中等能量（6–10 GeV）下ρ与ρ′介子的相干光致产生。
• 应用主导扭数阴影形式化方法，对小-x过程中的核内胶子密度修正（GA(x,Q²)）进行建模。
• 计算LHC中Ca-Ca与Pb-Pb UPC中相干J/ψ与Υ产生在动量转移与快度分布上的特性。
• 将相干截面与非相干估计值（A × 核子级截面）进行比较，以分离核效应。
• 引入H1参数化胶子密度与依赖于作用参数的eikonal模型，以评估阴影效应。
• 在模拟中使用零度 calorimeter 的拒止触发与低横动量选择，以分离相干事件。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHC中UPC的矢量介子相干光致产生能否探测硬QCD过程中黑体极限（BBL）的 onset？
• RQ2 在重离子UPC中，主导扭数胶子阴影效应在中心快度区对相干J/ψ与Υ产生的抑制程度如何？
• RQ3 相干ρ与ρ′光致产生的能量依赖性如何反映软QCD相互作用与波动相互作用强度的涨落？
• RQ4 在LHC能量下，是否可在相干二胶子喷注或夸克偶素光致产生中观测到从色透明到色不透明的转变？
• RQ5 在小x区域，主导扭数与高阶扭数效应在抑制小尺寸胶子偶极截面增长中的相对重要性如何？

主要发现

• 在6–10 GeV能量下，相干ρ介子光致产生可由GVDM良好描述，证实其在软QCD区域的有效性。
• 由于波函数演化中的干涉效应，相干粲偶素产生的总截面呈现振荡能量依赖性。
• 在Pb-Pb UPC中，相干J/ψ产生的总截面在中心快度区被主导扭数胶子阴影效应抑制约6倍。
• 对于Υ产生，其产额在中心快度区相比冲击近似（impulse approximation）被抑制约2倍，表明存在强烈的阴影效应。
• 相干J/ψ与Υ产生在动量转移分布上表现出与非相干过程截然不同的形状，有助于实验上的分离。
• LHC UPC中相干矢量介子产生的计数率足够高，可研究HERA与固定靶实验能量范围之外的色不透明度与透明度。