色の透明度

色の透明度^{[1] [2]は、高エネルギー}粒子物理学 で観測される現象であり、原子核で生成されたハドロン（陽子や中間子などのクォークでできた粒子）が、予想よりも少ない相互作用で原子核内を伝播します。これは、ハドロンが最初は原子核内で小さなサイズで生成され、その後、公称サイズまで成長することを示しています。ここで、色は色荷、つまりクォークとグルーオンが核の強い力を通じてどれだけ強く相互作用するかを決定する特性を指します。

色の透明性は、「カラースクリーニング」、「色の一貫性」、または「色の中立性」とも呼ばれます。

色の透明性は、ハドロン内のクォークの挙動から生じます。これらのクォークは、グルーオンを介した強い相互作用によって結合しています。^[3]高エネルギーでは、高エネルギーハドロン、またはより一般的にはカラーシングレットオブジェクトが原子核と相互作用すると、予想よりも少ない散乱で原子核内を伝播することができます。この散乱の減少、つまり透明性は、ハドロンの生成直後にクォークを取り囲むグルーオンクラウドがよりコンパクトになる、つまりシングレットオブジェクトの有効サイズが小さくなり、相互作用が減少するという事実に起因します。この効果は、原子核による高エネルギー電子の散乱を伴う実験で観察されており、入射粒子のエネルギーが増加するにつれて、より正確には加速粒子ビームとターゲット原子核の間の 4 運動量移動に伴って透明性が増加します。 ${\displaystyle Q}$

色の透明性は、点状構成(PLC) または小型構成(SSC) または放出体とも呼ばれる、色一重項で半径（ は縮約プランク定数 ）の生成として解釈されます。半径が小さいのは、クォークが互いに近いため、外部の色場が打ち消し合うためです。これは、電気双極子の電場が双極子のサイズよりもはるかに大きな距離で消えるのとよく似ています。PLC/SSC/放出体のエネルギー運動量が十分に高い場合、PLC/SSC が陽子になった場合は約 0.8 fmなどの公称サイズまで拡大する時間がなく、ターゲットの核内を伝播する間に核を妨害されずに通過します。^{[4] [5]}${\displaystyle r\sim \hbar /Q}$${\displaystyle \hbar}$

上記の解釈は、クォークとグルーオンを自由度として使用するパートン言語によるものです。クォーク-ハドロン二重性、またはパートン-ハドロン二重性^[6]により、すべてのQCD予測はハドロン基底を使用して表現できるため、色の透明性もハドロン自由度を使用して記述できます。その場合、放出物はハドロンではありませんが（つまり、色シングレットであるにもかかわらずQCDハミルトニアンの固有状態ではありません）、ハドロンの重ね合わせとして表すことができます。このような重ね合わせ状態は、個々のハドロンよりもサイズが小さくなります。放出物が原子核内を伝播するにつれて、放出物の状態を構成するハドロン状態のうち1つを除くすべてが、放出物と原子核内の核子との相互作用によって除去されます。残りのハドロン状態は、反応で最終的に生成されるハドロンに対応します。他の状態の除去は、一般的な形成時間後に発生します。距離が原子核の大きさよりも大きい場合、原子核内でのフィルタリングは起こらず、放出物は小さいサイズを維持し、ほとんど妨げられることなく伝播します。^[7]これはハドロン自由度で記述される色の透明性です。 ${\displaystyle \tau_{f}}$${\displaystyle c\tau_{f}}$

この現象はフェルミ国立加速器研究所のE791実験など、いくつかの実験で観測されている。この実験は1988年6月から1992年1月にかけて行われ、高エネルギー（500 GeV）パイ中間子を炭素原子核と白金原子核に衝突させた。この実験では、やなどのベクトル中間子の生成において色透明性の証拠が観測された。^[8] 色透明性の証拠が観測された他の実験には、同じくフェルミ国立加速器研究所のE665実験、^[9] DESYのHERMES実験、^[10]ジェファーソン研究所のE01-107実験^[11]およびE02-110実験^[12]がある。 ${\displaystyle \rho}$${\displaystyle \phi}$

色の透明度の実験的シグナルは「核の透明度」であり、これは核子あたりの核断面積と自由核子の核断面積の比として定義されます。色の透明度は、核の透明度が増加することを予測します。 ${\displaystyle Q}$

色の透明性は、強い相互作用に関する貴重な洞察を提供するため重要です。実際、色の透明性は、強い力の量子場理論である量子色力学 (QCD) の予測です。^[1]さらに、色の透明性は原子核物理学と原子核の構造に影響を与えます。高エネルギーで粒子が原子核とどのように相互作用するかを研究することで、核子内のクォークとグルーオンの分布と、それらが周囲の原子核環境によってどのように影響を受けるかについて、より詳しく知ることができます。原子核環境によるこれらの分布の顕著な変更はEMC 効果として知られており、2024 年現在、素粒子および原子核物理学の活発な研究分野となっています。^[13]

• 色の透明性に関する1ページの教育的説明
• 色の透明性について、BK Jennings および GA Miller、Phys.Lett.B 236 (1990) 209-213
• 色の透明性: その根拠と理由、BK ジェニングス、GA ミラー、Phys.Rev.D 44 (1991) 692-703、Phys. Rev. D44 (1991) 692-703
• [https://arxiv.org/abs/1211.2826 色の透明性：過去、現在、そして未来、D. Dutta、K. Hafidi、M. Strikman、Prog. Part. Nucl.

Phys. 69, 1 (2013) [arXiv:1211.2826 [nucl-th]].]