[论文解读] Diffraction at HERA, Color Opacity and Nuclear Shadowing

L. Frankfurt, M. Strikman|ArXiv.org|Dec 10, 1998

High-Energy Particle Collisions Research被引用 5

一句话总结

本文利用QCD因子化和HERA弹性散射数据，推导出重核中胶子与夸克的主导扭曲核阴影效应。结果表明，在x ≤ 10⁻³时，胶子相互作用截面约为50 mb，是夸克区的三倍，意味着DGLAP演化需为胶子设定更大的Q₀。对于A ≈ 200的情况，胶子阴影效应使x ≤ 10⁻³时的胶子密度降低4–5倍，暴露出微扰QCD效应，并暗示在eA碰撞中存在强色不透明性以及J/ψ粒子的抑制效应。

ABSTRACT

The QCD factorization theorem for diffractive processes in DIS is used to derive formulae for the leading twist contribution to the nuclear shadowing of parton distributions in the low thickness limit. Based on the current analyzes of diffraction at HERA we find that the average strength of the interactions which govern diffraction in the gluon sector at $x \le 10^{-3}, Q_0=2 GeV$ is ~50 mb. This is 3 times larger than in the quark sector and suggests that applicability of DGLAP approximation requires significantly larger $Q_0$ in the gluon sector. We use this information to estimate quark and gluon shadowing for heavy nuclei and to calculate its$Q^2$ depen- dence. For A~200 the amount of the gluon shadowing: $G_A/AG_N\sim 0.25-0.4$ at $x<10^{-3},Q=2GeV$ is sensitive to the probability of the small size configurations within wave function of the gluon "partonometer" at the $Q_0$ scale. At this scale for $A\sim 200$ the nonperturbative contribution to the gluon density is reduced by a factor of 4-5 at $x \le 10^{-3}$ unmasking PQCD physics in the gluon distribution of heavy nuclei. Such shadowing would strongly modify the first stage of the heavy ion collisions at LHC, and would lead to large color opacity effects in $eA$ collisions at x<0.001. The leading twist contribution to the cross section of the coherent $J/ψ$ production off $A\ge 12$ nuclei at $\sqrt s \ge 70$ GeV is strongly reduced as compared to the naive color transparency expectations. The Gribov black body limit for $F_{2A}(x,Q^2)$ is extended to the case of the gluon distributions in nuclei and shown to be relevant for the HERA kinematics of $eA$ collisions. Properties of the final states are also briefly discussed.

研究动机与目标

• 通过QCD因子化推导核子中部分子分布的主导扭曲核阴影效应。
• 利用HERA弹性散射数据量化小x区域中胶子-胶子相互作用的强度。
• 评估胶子阴影效应对LHC重离子碰撞及低x区域eA散射的影响。
• 将Gribov黑体极限扩展至HERA运动学条件下核子中胶子分布。
• 评估由于核阴影效应与色不透明性，A ≥ 12核素中相干J/ψ粒子产生截面的抑制程度。

提出的方法

• 在低核厚度极限下，将QCD因子化定理应用于弹性深度非弹性散射（DIS）过程。
• 利用HERA关于弹性散射的数据，提取x ≤ 10⁻³且Q₀ = 2 GeV时的平均胶子-胶子相互作用截面。
• 通过相互作用强度与非微扰胶子构型，估算重核（A ≈ 200）中夸克与胶子的阴影效应。
• 利用推导出的相互作用截面与部分子分布函数，计算阴影效应的Q²依赖性。
• 将Gribov黑体极限扩展至核子中胶子分布，并将其应用于HERA运动学条件下的eA碰撞。
• 利用推导出的阴影效应与色不透明性，评估核素中相干J/ψ粒子产生截面。

实验结果

研究问题

• RQ1 在低x与Q²条件下，重核中胶子分布的核阴影效应主导扭曲贡献为何？
• RQ2 在x ≤ 10⁻³时，胶子-胶子相互作用强度与夸克-夸克相互作用相比如何？这对DGLAP演化有何启示？
• RQ3 在A ≈ 200核素中，胶子阴影效应在x ≤ 10⁻³时使微扰QCD效应暴露到何种程度？
• RQ4 在√s ≥ 70 GeV条件下，核阴影效应如何抑制A ≥ 12核素中相干J/ψ粒子的产生？
• RQ5 在HERA eA碰撞条件下，Gribov黑体极限是否适用于核子中胶子分布？

主要发现

• 在x ≤ 10⁻³且Q₀ = 2 GeV时，平均胶子-胶子相互作用截面约为50 mb，是夸克区的三倍。
• 对于A ≈ 200，胶子阴影效应使x ≤ 10⁻³时的胶子密度降低4–5倍，表明存在强烈的非微扰效应。
• 胶子密度中的非微扰贡献显著被抑制，从而在低x区域暴露出重核中的微扰QCD物理效应。
• 胶子阴影效应导致在x < 0.001时eA碰撞中产生显著的色不透明性效应，改变了LHC重离子碰撞初始阶段的动力学行为。
• 在√s ≥ 70 GeV条件下，A ≥ 12核素中相干J/ψ粒子产生截面相比朴素色透明性预期被强烈抑制。
• 将F₂A(x, Q²)的Gribov黑体极限扩展至核子中胶子分布，并证明其在HERA运动学条件下具有相关性。