[論文レビュー] A Soft Interaction Model at Ultra High Energies: Amplitudes, Cross Sections and Survival Probabilities

E. Gotsman, E. Levin+1 more|ArXiv.org|Aug 10, 2007

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 3被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、超高エネルギーにおけるソフトハドロン散乱を記述する二チャネルeikonalモデルを提示する。伝統的なソフトPomeronに代わり、長距離で飽和する部分子的振幅を導入している。このモデルは、ブラックディスクユニタリティ境界への緩やかな接近と、LHCにおける特異的Higgsボソン生成の生存確率が0.7%に低下することを予測しており、これは非摂動的ソフト再散乱効果によるもので、従来の推定値よりも顕著に低い。

ABSTRACT

In this paper we present a two channel model with the goal of reproducing the soft scattering data available in the ISR-Tevatron energy range, and extend the model results to LHC and Cosmic Rays energies. A characteristic feature of the model is that we represent the sum of all diffractive final states at a vertex, by a single diffractive state. Our two main results are: (i) The approach of the elastic scattering amplitude to the black disc bound is very slow, reaching it at energies far higher than the GZK ankle cutoff. (ii) Our predicted survival probability for Higgs exclusive central diffractive production at the LHC is 0.7%, which is considerably smaller than our previous estimate. The above features are compatible with a parton-like model in which the traditional soft Pomeron is replaced by an amplitude describing the partonic system, which issaturated in the soft (long distance) limit.

研究の動機と目的

• ISRからTevatronエネルギー域のソフトハドロン散乱データを再現する二チャネルeikonalモデルの構築。
• モデルの予測をLHCおよび宇宙線エネルギー域にまで拡張し、プランクスケールまでユニタリティ制約を含める。
• LHCにおける中央型ディファラクティブ過程による特異的Higgsボソン生成の生存確率の計算。
• 影響パラメータ空間における弾性振幅がブラックディスクユニタリティ境界にどれほど速く近づくかのレートの分析。
• 全断面積、弾性断面積、単一・二重ディファラクティブ断面積に関する実験データと比較することで、モデルの信頼性の評価。

提案手法

• モデルは二チャネルeikonalアプローチを用いてsチャネルユニタリティ方程式を解き、影響パラメータ空間における相互作用強度を表す透過関数Ωi,k(s,b)を導入する。
• 散乱振幅はAij,kl(s,b) = i δij δkl (1 − exp(−Ωik(s,b)/2)) で表され、高エネルギー域では虚部が支配的である。
• 結合定数の因子分解を緩和し、単一チャネルのソフトPomeron仮定を越えて、ソフト極限における部分子的飽和効果を含める。
• ISR-Tevatron範囲のp-pおよびp̄-p衝突におけるσtot, σel, σsd, σdd, およびBelの実験データを用いてパラメータを制約する。
• 生存確率SH²は、スペクテーター部分子に及ぼされるソフト再散乱効果を考慮し、弾性振幅のb分布を用いて計算される。
• ユニタリティ適合性を保証するため、計算をプランクスケールまで拡張してモデルの妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超高エネルギーにおける影響パラメータ空間で、弾性散乱振幅はブラックディスクユニタリティ境界にどの程度速く近づくか？
• RQ2 LHCにおける中央型ディファラクティブ過程による特異的Higgsボソン生成の生存確率は何か？ かつ、従来の推定値と比較するとどうなるか？
• RQ3 非因子化された透過関数を有する二チャネルeikonalモデルは、ISR-Tevatronエネルギー範囲のソフト散乱データをどの程度よく再現できるか？
• RQ4 非摂動的ソフト再散乱は、LHCにおける特異的Higgs生成信号をどの程度抑制するか？
• RQ5 モデルが振幅のb依存性をどのようにパラメータ化するかが、ディファラクティブスロープおよび生存確率の予測に与える影響は？

主な発見

• 弾性散乱振幅は、GZKアングルよりもはるかに高いエネルギー域でブラックディスクユニタリティ境界に近づくことが示され、ユニタリティの飽和は緩やかである。
• LHCにおける特異的Higgsボソン生成の生存確率は0.7%と予測され、二振幅モデルによる従来の推定値2.7%よりも顕著に低い。
• SH² = 0.7%という予測は、B_el^HおよびB_in^Hのハードスロープパラメータの変動に対しても安定しており、V²_p→d / B_in^Hの比が一定に保たれる限り有効である。
• モデルは弾性散乱のフォワードコーン（95%以上のデータを含む）を再現できるが、ガウス的b依存性のためディファラクティブディップ構造は記述できない。
• モデルの結果はプランクスケールまでユニタリティに適合しており、高エネルギー領域における信頼性を支持する。
• モデルは高質量ディファラクションのPomeron強化ダイアグラムを完全に捉えていないため、今後の拡張において半ハード過程を含める必要があると示唆している。