[論文レビュー] Elastic Scattering at the LHC

A. Donnachie, P. V. Landshoff|arXiv (Cornell University)|Dec 12, 2011

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 4被引用数 26

ひとこと要約

本稿では、TOTEM実験によるLHCの弾性散乱データを説明するために、エネルギー依存性が約s^0.36であるハードペミロン寄与が必要であると提案している。これは全断面積の予測を精緻化するものである。単一および二重レッジ交換を含む、レッジに基づくアイケノンモデルを用い、ドップ構造のための三重グルーオン交換を組み込んだ。著者らはpp、p̄pおよびHERAのデータにフィットさせ、ハードペミロンが7 TeVのTOTEM測定値との整合性を高め、14 TeVでのLHC全断面積予測値を113±5 mbに向上させることを示した。

ABSTRACT

The first data from the TOTEM experiment agree well with Regge theory, and demand a hard-pomeron contribution.

研究の動機と目的

• LHCのTOTEM実験による弾性散乱データを説明するために、ハードペミロン寄与が必要かどうかを特定すること。
• 新しいデータと理論的制約を組み込むことで、LHCにおける全断面積の予測を精緻化すること。
• pp、p̄pおよびHERAのデータ（小x構造関数を含む）を統合した場合の、レッジ理論の整合性を検証すること。
• 複数交換および三重グルーオン交換が、弾性散乱におけるドップ構造のモデル化に果たす役割を評価すること。
• ソフトおよびハードペミロンを制約付きで組み込んだ、ハドロン-ハドロン散乱の理論的モデルを改善すること。

提案手法

• ハードペミロン（ε₀ ≈ 0.36）、ソフトペミロン（ε₁ ≈ 0.093）、f₂/a₂（ε₂ ≈ -0.36）、ρ/ω（ε₃ ≈ -0.533）の4つのレッジトレーサーを有する、レッジに基づくアイケノンモデルを用いる。
• アイケノン表現 A(s,t) = 2is ∫ d²b e^(-iq·b) (1 - e^(-χ(s,b))) を適用し、χ(s,b) を単一および二重交換によってモデル化する。
• λ × (χ_S(s,b))²に比例する二重交換項を導入し、λを調整して√s = 30.54 GeVにおけるpp弾性散乱のドップ構造を再現する。
• 三重グルーオン交換を実数項 t^{-4}（C = 3.4 GeV⁻⁴）として導入し、小t領域での滑らかな整合性を保つように調整する。
• F₂(x,Q²)のディープインエラスチック散乱データに、(1/x)^εᵢ形のべき乗則を適用し、f₀(Q²)をDGLAPに適合させ、HERAデータに一致させる。
• 全断面積（pp、p̄p）、弾性微分断面積、およびx < 0.001におけるF₂(x,Q²)を同時にフィットさせ、すべてのパラメータを制約する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ε₀ ≈ 0.4であるハードペミロン寄与が、TOTEMの7 TeV弾性散乱データを説明するために必要であるか？
• RQ2 単一および二重交換（三重グルーオン交換を含む）を含むレッジモデルが、30.54 GeVにおけるpp弾性散乱のドップ構造を再現できるか？
• RQ3 統合されたHERAデータは、別個のH1およびZEUSデータからの推定よりも小さいハードペミロン指数ε₀を支持するか？
• RQ4 ハードペミロンの導入が、LHCにおける全断面積予測値の向上にどの程度寄与するか？
• RQ5 制限された多重交換項（n ≤ 2）を有するアイケノンモデルは、ユニタリティ制約をどの程度満たしているか？

主な発見

• ε₀ = 0.362であるハードペミロン寄与の導入により、TOTEMの7 TeV弾性散乱データとの整合性が顕著に向上した。
• √s = 14 TeVにおける全断面積の予測値は、ハードペミロンを組み込み、7 TeVにおけるTOTEMの98.3 mb測定値と整合的である113 ± 5 mbに精緻化された。
• λ = 0.440およびt₀ = 5.4 GeV²を用いた三重グルーオン交換により、30.54 GeVにおけるpp弾性散乱のドップ構造が成功裏に再現された。
• ハードペミロン指数ε₀は、別個のH1およびZEUSデータからの推定値よりも10–20%小さいことが判明し、ε₀ ≈ 0.36が支持された。
• アイケノン近似におけるユニタリティの破れ（b = 0における）は4.5%であり、制限されたアイケノン近似の限界を示している。
• 小xにおけるF₂(x,Q²)へのフィットはDGLAP進化と整合的であり、ハードペミロン寄与に(1/x)^ε₀形を用いることの妥当性が裏付けられた。