[論文レビュー] QCD Factorization and Re-scattering in Proton-Nucleus Collisions

Jian-Wei Qiu|ArXiv.org|May 15, 2003

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 11被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、陽子-核衝突におけるパートン再散乱からの高次混合補正を摂動的QCD因子化に拡張し、初期状態および終状態相互作用に起因する $A^{1/3}$-強調された高次混合項が、普遍的な相関関数を用いてすべての次数で因子化可能であることを示している。主な結果は、ハードプローブが摂動的因子化の範囲を超越しても依然として因子化可能であり、密な物質における核子パートン分布関数およびパートン的ダイナミクスの高精度な抽出が可能になることである。

ABSTRACT

The extension of the factorization theorems of perturbative QCD to power corrections associated with re-scattering in nuclear collisions is reviewed. The importance of hadron-nucleus collisions is discussed.

研究の動機と目的

• 摂動的QCD因子化定理を、核衝突におけるパートン再散乱に起因する高次補正に拡張すること。
• 核内媒体内での複数散乱メカニズム（初期状態、終状態、および内部核相互作用）を分類・分析すること。
• 陽子-核衝突における再散乱に起因する $A^{1/3}$-強調された高次補正が、核子-核子系とは異なり因子化可能かどうかを特定すること。
• 特にLHC実験で関心が集まる小-$x$領域に関連する半ハードな観測量について、pQCDの予測力の評価。
• ハードプローブを用いた核衝突において、非摂動的核効果をパートン分布関数および分岐関数から分離するためのフレームワークを確立すること。

提案手法

• ハドロン断面積における短距離（ハード散乱）および長距離（パートン分布関数、分岐関数）物理を分離するため、QCD因子化定理を用いる。
• 複数パートン散乱を3つのカテゴリに分類する：内部核相互作用、初期状態相互作用（ISI）、および終状態相互作用（FSI）、図3に図示。
• 二重散乱に起因する $A^{1/3}$-強調された高次補正を記述するため、ねじれ4の相関関数 $T^{(2n)}_{(i_n)/A}(x_i)$ を導入し、パートン運動量分率の畳み込みを含む。
• 高次補正の因子化形式を導出：$E_h \frac{d\sigma^{(2n)}}{d^3p'} = \sum f_{j/B} \otimes D_{h/k} \otimes T^{(2n)}_{(i_n)/A} \otimes \hat{\sigma}^{(2n)}$、$1/Q^2$ のすべての次数で有効。
• 半古典的近似を用いて非摂動的スケール $\lambda^2$ を推定し、Drell-Yanデータから $\lambda^2_{\rm ISI} \sim 0.01~\text{GeV}^2$ を得る。
• 陽子-核衝突と核子-核子衝突における因子化の挙動を比較し、$A^{1/3}$-強調された補正が次に至るまで、唯一陽子-核衝突において体系的な因子化が可能であることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 陽子-核衝突におけるパートン再散乱に起因する $A^{1/3}$-強調された高次補正は、普遍的な相関関数に因子化可能か？
• RQ2 初期状態および終状態相互作用は、核衝突におけるハード過程の標準因子化式にどのように影響を与えるか？
• RQ3 なぜ高次混合補正の因子化は、陽子-核衝突では可能であるが、核子-核子衝突では同程度の次数で不可能なのか？
• RQ4 ソフトグルーオン場および長距離相互作用は、終状態相互作用における非摂動的スケール $\lambda^2$ の増大にどのように寄与するか？
• RQ5 分岐するパートンの非オンシェル性および $A^{1/3}$-強調された二重散乱は、Drell-Yanおよびジェット生成における高次補正にどの程度寄与するか？

主な発見

• 有効核子パートン分布関数を自由核子分布関数に置き換えることで、陽子-核衝突におけるハードプローブに対して標準の一次因子化式（式1）が有効である。
• 核内に内蔵された初期状態相互作用はパートン分布関数を変更するが因子化を保ち、有効分布関数は普遍的かつねじれ2であるが、DGLAP進化および非摂動的入力により $A$-依存的である。
• ISIおよびFSIに起因する二重散乱寄与は、$\alpha_s A^{1/3} \lambda^2 / p_T^2$ 比例の高次補正をもたらし、Drell-Yanデータから $\lambda^2_{\rm ISI} \approx 0.01~\text{GeV}^2$ を得る。
• 終状態相互作用の $\lambda^2$ は、即座の長距離場相互作用に起因する追加のソフトグルーオン生成があるため、ISI の $\lambda^2$ と等しくないことがある。
• $A^{1/3}$-強調された高次補正は、核子-核子衝突とは異なり、ねじれ4の相関関数 $T^{(2n)}_{(i_n)/A}$ を用いてすべての次数で因子化可能である。
• 陽子-核衝突における半ハードな観測量はpQCD因子化に適しており、一方核子-核子衝突では同様の観測量についてpQCD予測は高次混合項での因子化の欠如により信頼性を失う。