[論文レビュー] Amplitudes and Cross Sections at the LHC

E. Gotsman|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2013

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

GLMモデルは、ISRからLHCエネルギーレベルまでのソフトハドロン相互作用を記述するため、大きな截距（ΔIP = 0.23）と零の勾配（α′IP = 0.028 GeV⁻²）を持つ単一のポメロンフレームワークを提案する。このモデルは全断面積、弾性断面積、シングル・ダブルフラグメンテーション断面積および弾性勾配データをうまくフィットし、LHCの測定値と一致する。また、ユニタリティを保証するエイケノイド形式と三重ポメロン頂点支配を介して、微小距離における摂動的QCDおよびN=4 SYMへ自然な接続を提供する。

ABSTRACT

We describe the elements of the GLM model that successfully describes soft hadronic interactions at energies from ISR to LHC. This model is based on a single Pomeron with a large intercept $Δ_{\pom}$ = 0.23 and slope $α_{\pom}'$ = 0, and so provides a natural matching with perturbative QCD. We analyze the elastic, single diffractive and double diffractive amplitudes, and compare the behaviour of the GLM amplitudes to those of other parameterizations. We summarize the main features and results of competing models for soft interactions at LHC energies.

研究の動機と目的

• ISRからLHCまでのエネルギー範囲におけるソフトハドロン相互作用の統一的モデルの構築を目的とする。
• Froissart境界の違反によりLHCエネルギーレベルで失敗する古典的Donnachie-Landshoffレッジモデルの問題を解決すること。
• 短距離における摂動的QCDおよびN=4 SYMと自然に一致するユニタリティを保証するエイケノイドベースのフレームワークを提供すること。
• LHCエネルギーレベルにおける実験的断面積（σtot, σel, σsd, σdd）および弾性勾配（Bel）を高精度で再現すること。
• 数値的振幅値を公開することで、異なるモデル間の散乱振幅の直接比較を可能にすること。

提案手法

• ユニタリティを条件 |2 Im Aik(s,b)| = |Aik(s,b)|² + Ginik(s,b) により強制するグッド＝ウォーカー二チャネルエイケノイドモデルを用いる。
• 実数のエイケノイド透過率 Ωik(s,b) = gi(b)gk(b)P(s) を採用し、P(s) = s^Δ でΔ = 0.23、α′IP = 0.028 GeV⁻²とする。
• ポメロン-ハドロン頂点を 1/(1 + q²/m²)² のフーリエ変換によりモデル化し、gℓ(b) = glSl(b) を得る。ここで Sl(b) ∝ bK₁(mlb) である。
• 三重ポメロン頂点 G3IP = 0.03 GeV⁻¹ を用いて、強化および準強化図の和をとる。これにより、αs²スケーリングと短距離での整合性が保証される。
• ISRからLHCまでのσtot, σel, σsd, σddおよびBelのグローバルデータに14パラメータ（ポメロンおよびレッジオンセクター）をフィットする。
• 断面積の違いを超えてモデルの挙動を区別するために、インパクトパラメータ空間（b）における振幅を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ΔIP = 0.23およびα′IP ≈ 0.028の単一ポメロンモデルは、第二のポメロンを導入せずにLHCデータを適切に記述できるか？
• RQ2 エネルギーにわたるインパクトパラメータ空間における弾性、シングルフラグメンテーション、ダブルフラグメンテーション振幅の挙動はいかなるものか？
• RQ3 GLMモデルのエイケノイド構造は、ユニタリティをどの程度満たし、Froissart境界と一致するか？
• RQ4 GLMモデルの振幅形状は、データから抽出されたもの（例：ダラムグループ）や他のモデル（例：FKK確率的真空）と比較してどのように異なるか？
• RQ5 モデルの三重ポメロン頂点および零勾配ポメロン軌道は、摂動的QCDおよびN=4 SYMと一貫した接続を提供できるか？

主な発見

• GLMモデルはTOTEMのLHC測定値を再現する：W = 7 TeVにおけるσtot = 98.6 mb（実験値 98.6 ± 2.2 mb）、σel = 24.6 mb（実験値 25.4 ± 1.1 mb）。
• 弾性勾配Belは良好に記述されており、モデル値は20.2 GeV⁻²、TOTEMの測定値は19.9 ± 0.3 GeV⁻²である。
• W = 7 TeVにおける非弾性断面積σinelは74.0 mbを予測し、ALICE（73.2 ± 2.6 mb）およびTOTEM（73.5 ± 0.6 mb）と整合的であるが、外挿誤差によりATLASおよびCMSの値より高くなる。
• W = 57 TeVにおけるモデル予測ではσtot = 130 mb、σinel = 95.2 mbであり、Augerの133 ± 13 mbおよび92 ± 7 mbと一致する。
• GLMの弾性振幅はガウス型であり、エネルギーが上昇するにつれてb = 0における形状が平坦化し、57 TeVでもユニタリティ制限（Ael < 1）を下回り続ける。
• GLMモデルの透過率Ωel(b)は全エネルギー範囲でガウス型に近く、546 GeV、1.8 TeV、7 TeVにおけるダラムグループのデータから得られた透過率と一致する。