[论文解读] Particle production in field theories coupled to strong external sources

François Gelis, R. Venugopalan|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2006

Fluid Dynamics and Turbulent Flows被引用 14

一句话总结

本文为强时变外部源（如胶色玻璃凝聚态）耦合的场论中的粒子产生构建了一个非微扰形式体系。通过截断的真空-真空费曼图，推导出耦合常数任意阶次下粒子多重性分布的精确公式，表明即使在经典极限下也呈现非泊松统计特性，并将这些结果与 Reggeon 场论及 AGK 抵消联系起来。

ABSTRACT

We develop a formalism for particle production in a field theory coupled to a strong time-dependent external source. An example of such a theory is the Color Glass Condensate. We derive a formula, in terms of cut vacuum-vacuum Feynman graphs, for the probability of producing a given number of particles. This formula is valid to all orders in the coupling constant. The distribution of multiplicities is non--Poissonian, even in the classical approximation. We investigate an alternative method of calculating the mean multiplicity. We show that at leading and next-to-leading order the multiplicity can be expressed in terms of retarded solutions of equations of motion for the classical and small fluctuation fields respectively. The variance of the distribution can be calculated in a similar fashion. Our formalism provides a framework to compute particle production in proton-nucleus and nucleus-nucleus collisions beyond leading order in the coupling constant and to all orders in the source density. We also provide a transparent interpretation (in conventional field theory language) of the well known Abramovsky-Gribov-Kancheli (AGK) cancellations. Explicit connections are made between the framework for multi-particle production developed here and the framework of Reggeon field theory.

研究动机与目标

• 为具有强时变外部源（如胶色玻璃凝聚态）的场论中的粒子产生建立系统化的计算框架。
• 推导出在耦合常数任意阶次下，产生给定粒子数的概率公式的精确表达式。
• 在多粒子产生背景下，为 Abramovsky-Gribov-Kancheli (AGK) 抵消提供场论解释。
• 利用经典场解和小涨落场解，将平均多重性和方差的计算拓展至超越主导阶次。
• 明确建立所提出形式体系与描述多粒子末态的 Reggeon 场论之间的联系。

提出的方法

• 该形式体系基于截断的真空-真空费曼图，编码了末态产生特定粒子数的概率振幅。
• 通过所有截断图的求和，推导出粒子多重性分布，从而实现耦合常数的任意阶次重求和。
• 在主导阶次，平均多重性由背景场经典运动方程的推迟解计算得出。
• 在下一阶主导阶次，平均多重性由小场涨落线性化方程的推迟解获得。
• 通过类似方法，利用涨落方程的推迟解计算多重性分布的方差。
• 该框架通过截断图的结构自然地包含了 AGK 抵消，为这些已知抵消提供了常规场论解释。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在耦合常数的主导阶次之外，系统地计算具有强时变外部源的场论中的粒子产生？
• RQ2 在这些理论中，产生给定粒子数的精确全阶公式是什么？
• RQ3 为何即使在经典近似下，粒子多重性分布仍为非泊松分布？如何从场论角度理解这一现象？
• RQ4 著名的 AGK 抵消如何自然地在多粒子产生场论框架中出现？
• RQ5 该形式体系与描述多粒子末态的 Reggeon 场论之间存在何种精确联系？

主要发现

• 产生给定粒子数的概率可精确表示为截断真空-真空费曼图的函数，且对耦合常数任意阶次有效。
• 即使在经典极限下，粒子多重性分布仍为非泊松分布，表明产生过程中存在强关联。
• 在主导阶次，平均多重性由背景场经典运动方程的推迟解决定。
• 在下一阶主导阶次，平均多重性由小场涨落线性化方程的推迟解计算得出。
• 通过将相同的推迟解技术应用于涨落场，可计算多重性分布的方差。
• 该形式体系为 AGK 抵消提供了清晰的场论推导，揭示其源于截断图的结构。