[論文レビュー] Production of gluon jets in pp collisions by double pomeron exchange in the Landshoff-Nachtmann model

Adam Bzdak|ArXiv.org|Apr 19, 2004

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、ポンメロンの2グルーオン交換モデルであるLandshoff-Nachtmannモデルを用いて、陽子-陽子衝突における二重ポンメロン交換によるグルーオンジェット生成断面積を計算する。高横運動量におけるグルーオン対生成の行列要素を導出し、クォーク-反クォーク対生成と比較した。レッジ極限における弾性ジェット生成の定量的推定を提供し、二重ポンメロン交換によるヒッグス粒子生成予測の向上に寄与する。

ABSTRACT

Using the Landshoff-Nachtmann two-gluon exchange model of the pomeron, the double pomeron exchange contribution to production of gluon pairs in the central region of rapidity is calculated. The results are compared with those for production of quark-antiquark pairs.

研究の動機と目的

• Landshoff-Nachtmannモデル内において、pp衝突における中央グルーオンジェット生成への二重ポンメロン交換寄与を計算すること。
• より単純で類似した過程を検討することで、二重ポンメロン交換によるヒッグス粒子生成の理論的不確実性を低減すること。
• 二重ポンメロン交換によるグルーオンジェット生成断面積をクォーク-反クォーク対生成と比較し、弾性ジェット生成の包括的推定を得ること。
• 非摂動的グルーオン伝播関数とSudakovパrametrizationを用いて、$t_1 = t_2 = 0$における2グルーオン生成の行列要素を評価すること。
• アメニティ計算において、陽子の3クォーク構造と色スレート状態のポンメロン交換を組み込むこと。

提案手法

• ポンメロンが、衝突する陽子内のクォーク線間の非摂動的グルーオン2交換として表されるLandshoff-Nachtmannモデルを用いる。
• 二重ポンメロン交換の12個のファインマン図を評価し、$t_1 = t_2 = 0$においてレッジ軌道の振る舞いを用いて、3つの主要な図に簡略化する。
• クォークおよびグルーオンの運動量にSudakovパrametrizationを適用し、$p_1^2 = p_2^2 = 0$とし、$\delta(q_1^2)\delta(q_2^2)$を用いてオンシェル条件を課す。
• 非摂動的グルーオン伝播関数 $D(p^2) = D_0 \exp(p^2/\mu^2)$ を用いて、行列要素 $M_{fi}^{(3)}$ および $M_{fi}^{(4)}$ を計算する。ここで $\mu \approx 1$ GeV である。
• $\gamma$-行列構造と $\varepsilon_i r_i = \varepsilon_i p_1 = 0$ を満たす偏光ベクトルを用いて、色およびスピンループの縮約を行い、$\sum_\lambda \varepsilon_i^\mu \varepsilon_i^\nu = -g^{\mu\nu} + \cdots$ を満たす。
• 横運動量 $\vec{v}$ における積分を指数的減衰を用いて近似し、行列要素に対して閉形式の表現を得る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Landshoff-Nachtmannモデルにおいて、pp衝突における二重ポンメロン交換による高横運動量グルーオンジェット2本生成の断面積は何か？
• RQ2 同じ枠組み内において、グルーオンジェット生成の振幅はクォーク-反クォーク対生成と定量的にどのように比較できるか？
• RQ3 非摂動的グルーオン伝播関数および2グルーオン交換メカニズムは、中央弾性ジェット生成の振幅を決定づける上で果たす役割は何か？
• RQ4 レッジ軌道パラメータ $\alpha(t) = 1 + \epsilon + \alpha' t$ で表されるもの（$\epsilon \approx 0.08$, $\alpha' = 0.25$ GeV$^{-2}$）は、振幅のスケーリングにどのように影響するか？
• RQ5 色スレート状態のポンメロン交換は、弾性ジェット生成の全断面積にどの程度寄与するか？

主な発見

• 二重ポンメロン交換によるグルーオン対生成の行列要素は、$t_1 = t_2 = 0$ において $M_{fi}^{(4)} = -A\frac{4}{12}\delta_{s,c}^{if}\delta_{uw}\pi\tau s \varepsilon_1\varepsilon_2$ として導出され、2グルーオン交換図からの主要寄与を表す。
• 行列要素 $M_{fi}^{(3)}$ は横運動量 $\vec{v}$ における積分として表され、$f(\vec{v})$ は運動量および偏光ベクトルに依存し、$\vec{v}^2/\tau$ における指数的減衰を用いて評価される。
• 全振幅は非摂動的グルーオン伝播関数 $D(p^2) = D_0 \exp(p^2/\mu^2)$ を用い、$G^2 D_0 \approx 30$ GeV$^{-1}$ GeV$^{-1}$ および結合定数 $g$ と $G$ を含む。
• 色構造は $\delta_{s,c}^{if}\delta_{uw}$ を用いて計算され、色スレート状態の最終状態を示し、$t_1 = t_2 = 0$ の極限には $\int d^2\vec{v} \exp(-\vec{v}^2/\tau)$ の因子が含まれる。
• 得られた振幅は $\left(s/s_1\right)^{\alpha_2-1}\left(s/s_2\right)^{\alpha_1-1}$ のようにスケーリングし、レッジ挙動と整合的である。ここで $\alpha_1 = 1 + \epsilon + \alpha' t_1$, $\alpha_2 = 1 + \epsilon + \alpha' t_2$ である。
• このフレームワークにより、クォーク-反クォーク対生成と直接比較可能となり、Landshoff-Nachtmannモデルにおける全二重弾性ジェット断面積の推定に一貫性のある基盤が得られる。