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From Static Potentials to High-Energy Scattering

Steffen, Frank Daniel

German Title: Von statischen Potenzialen zur Hochenergiestreuung

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Abstract

We develop a loop-loop correlation model for a unified description of static color dipole potentials, confining QCD strings, and hadronic high-energy reactions with special emphasis on saturation effects manifesting S-matrix unitarity at ultra-high energies. The model combines perturbative gluon exchange with the non-perturbative stochastic vacuum model which describes color confinement via flux-tube formation of color fields. We compute the chromo-field distributions of static color dipoles in various SU(N_c) representations and find Casimir scaling in agreement with recent lattice QCD results. We investigate the energy stored in the confining string and use low-energy theorems to show consistency with the static quark-antiquark potential. We generalize Meggiolaro's analytic continuation from parton-parton to dipole-dipole scattering and obtain a Euclidean approach to high-energy scattering that allows us in principle to calculate S-matrix elements in lattice QCD. In this approach we compute high-energy dipole-dipole scattering with the Euclidean loop-loop correlation model. Together with a universal energy dependence and reaction-specific wave functions, the result forms the basis for a unified description of proton-proton, pion-proton, kaon-proton, photon-proton, and photon-photon reactions in good agreement with experimental data for cross sections, slope parameters, and structure functions. The obtained impact parameter profiles for proton-proton and longitudinal photon-proton reactions and the impact parameter dependent gluon distribution of the proton xG(x,Q^2,b) show saturation at ultra-high energies in accordance with unitarity constraints.

Translation of abstract (German)

Wir entwickeln ein Loop-Loop Korrelations Modell zur einheitlichen Beschreibung von statischen Farbdipol Potenzialen, einschliessenden QCD Strings, und hadronischen Hochenergiereaktionen mit besonderer Berücksichtigung von Sättigungseffekten, die die S-Matrix Unitarität bei extrem hohen Energien manifestieren. Das Modell verbindet störungstheoretischen Gluonaustausch mit dem nicht-störungstheoretischen Modell des Stochastischen Vakuums, das den Einschluss von Farbladungen durch Flussschlauchbildung der Farbfelder beschreibt. Wir berechnen Farbfeldverteilungen statischer Farbdipole in verschiedenen SU(N_c) Darstellungen und finden Casimir Skalierungsverhalten in Übereinstimmung mit aktuellen Gitter-QCD Ergebnissen. Wir untersuchen die im einschliessenden String gespeicherte Energie und zeigen mit Niederenergietheoremen die Konsistenz mit dem statischen Quark-Antiquark Potenzial. Wir verallgemeinern Meggiolaros Analytische Fortsetzung von Parton-Parton auf Dipol-Dipol Streuung und erhalten einen Euklidischen Zugang zur Hochenergiestreuung, der prinzipiell erlaubt, Streumatrixelemente in Gitter-QCD zu berechnen. Mit dem Euklidischen Loop-Loop Korrelations Modell berechnen wir in diesem Zugang Dipol-Dipol Streuung bei hohen Energien. Das Ergebnis bildet zusammen mit einer universellen Energieabhängigkeit und reaktionsspezifischen Wellenfunktionen die Grundlage für eine einheitliche Beschreibung von Proton-Proton, Pion-Proton, Kaon-Proton, Photon-Proton und Photon-Photon Reaktionen in guter Übereinstimmung mit experimentellen Daten für Wirkungsquerschnitte, Steigungsparameter und Strukturfunktionen. Die erhaltenen Stossparameterprofile für Proton-Proton und Photon-Proton Reaktionen und die stossparameterabhängige Gluonverteilung des Protons xG(x,Q^2,b) zeigen Sättigung bei extrem hohen Energien in Übereinstimmung mit Unitaritätsgrenzen.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Dosch, Prof. Dr. Hans Günter
Date of thesis defense: 14 February 2003
Date Deposited: 12 Mar 2003 07:10
Date: 2003
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute for Theoretical Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Quantenchromodynamik, Quarkconfinement, Flussschlauch, Hadronischer Wirkungsquerschnitt, Pomeron, Unitarität
Uncontrolled Keywords: Casimir Skalierung , Niederenergietheoreme , Gluon Sättigung , Stochastisches Vakuum , Loop-Loop Korrelations ModellCasimir Scaling , Confining String , Low-Energy Theorems , High-Energy Scattering , Gluon Saturation
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