[论文解读] QED2 Photons Associated with QCD String Fragmentation

Cheuk-Yin Wong|arXiv (Cornell University)|Jan 11, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 5

一句话总结

本文提出，在量子色动力学（QCD）弦断裂过程中，来自两味夸克的任意子化QED2模型中涌现出的QED2光子——具有质量的光子——可解释高能强子衰变中异常的软光子产生现象。该理论预测存在一种25 MeV的同位旋标量光子和一种44 MeV的同位旋矢量光子，其中前者更易产生，为DELPHI实验观测到的Z⁰衰变中软光子过剩现象提供了机制解释。

ABSTRACT

Quarks interact with both chromodynamic and electromagnetic interactions. Consequently, QCD hadrons and QED photons will be produced simultaneously in the same process of QCD string fragmentation when a quark pulls away from an interacting antiquark at high energies. We are therefore motivated to explore whether QED2 photons are the source of anomalous soft photons associated with hadron production in high energy e+e- annihilations and hadron-hadron collisions. We find that the bosonized QED2 system of quarks with two flavors contains an isoscalar photon with a mass of about 25 MeV and an isovector (I,I_3)=(1,0) photon with a mass of about 44 MeV. These massive photons will be produced during the string fragmentation process in association with hadron production, with a greater probability for the production of isoscalar photons than isovector photons. How these QED2 photons may explain the anomalous soft photon data in Z^0 hadronic decay obtained by the DELPHI Collaboration will be discussed. Further experimental tests to confirm the production of QED2 photons in QCD string fragmentation will be proposed.

研究动机与目标

• 研究QED2光子——源自两味夸克的任意子化QED2模型的涌现光子——是否可解释高能强子过程中的异常软光子产生现象。
• 确定在QCD弦断裂条件下，QED2框架中涌现光子的质量和量子数。
• 评估所预测的具有质量的光子是否可解释DELPHI合作组在Z⁰强子衰变中观测到的软光子过剩现象。
• 提出实验检验方法，以确认QCD弦断裂过程中QED2光子的产生。

提出的方法

• 对两味QED2系统进行任意子化，推导出具有确定量子数和质量的等效光子态。
• 计算QED2系统的有效拉格朗日量，以提取涌现光子的谱，包括同位旋标量态和同位旋矢量态。
• 将推导出的QED2光子态应用于QCD弦断裂模型，其中夸克-反夸克对形成强子。
• 估算在弦断裂过程中同位旋标量光子与同位旋矢量光子的产生概率，结果表明同位旋标量态更占优势。
• 将预测的光子谱与Z⁰衰变实验中获得的软光子数据进行比较，特别是DELPHI合作组观测到的异常软光子过剩现象。
• 提出可用于检验高能强子碰撞中QED2光子存在的实验信号与可观测量。

实验结果

研究问题

• RQ1 QED2光子能否从两味夸克的QED2动力学中涌现，并在QCD弦断裂过程中产生？
• RQ2 在QED2模型中，所涌现光子的预测质量与量子数（同位旋，I₃）是什么？
• RQ3 在断裂过程中，同位旋标量光子的产生率是否高于同位旋矢量光子？
• RQ4 所预测的QED2光子能否解释DELPHI合作组在Z⁰强子衰变中观测到的异常软光子过剩现象？
• RQ5 在高能强子碰撞中，可采用何种实验信号来确认QED2光子的存在？

主要发现

• 两味夸克的任意子化QED2系统产生一种质量约为25 MeV的同位旋标量光子。
• 在QED2框架下，还预测存在一种同位旋（I, I₃）= (1, 0)的同位旋矢量光子，其质量约为44 MeV。
• 在QCD弦断裂过程中，同位旋标量光子的产生概率高于同位旋矢量光子。
• 所预测的QED2光子可为DELPHI合作组在Z⁰强子衰变中观测到的异常软光子过剩现象提供合理解释。
• 该模型建议了特定的实验检验方法，例如寻找特征性的光子质量峰和角关联信号，以确认高能碰撞中QED2光子的存在。