[論文レビュー] From hard to soft high-energy pp interactions

A. D. Martin, M. G. Ryskin+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 10, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、高エネルギーpp散乱の統一的記述を提案する。元来ハード過程に用いられる微小なQCD部分子カスケード手法を、マルチ・ポメロン交換とポメロン間相互作用によって誘導される有効な赤外正則化項 $k_{\rm sat}$ を用いて、ソフトおよび半ハード領域へと拡張する。モデルはLHCの全断面積、非弾性断面積、弾性断面積のデータをうまく再現し、ポメロンの截断係数と勾配パラメータに重要な示唆を与える。

ABSTRACT

We discuss how the main features of high-energy `soft' and `semihard' pp collisions may be described in terms of parton cascades and multi-Pomeron exchange. The interaction between Pomerons produces an effective infrared cutoff, k_sat, by the absorption of low k_t partons. This provides the possibility of extending the parton approach, used for `hard' processes, to also describe high-energy soft and semihard interactions. We outline a model which incorporates these features. Finally, we discuss what the most recent LHC measurements in the soft domain imply for the model.

研究の動機と目的

• ソフトおよびハードな高エネルギーpp散乱の統一的記述を、同一の部分子的枠組みで行う。
• BFKLダイナミクスとマルチ・ポメロン交換、吸収効果を用いて、ハードからソフトな物理への過渡的挙動を説明する。
• ポメロン間相互作用から生じる有効な赤外正則化項 $k_{\rm sat}$ を組み込み、カスケードにおける $k_t$-順序を回復する。
• LHCによる全断面積、非弾性断面積、弾性断面積の最新測定値とモデルを照合する。
• 新しいデータに基づいて、ポメロン截断係数 $\Delta$ および勾配 $\alpha'_{\rm P}$ のようなパラメータを精緻化する。

提案手法

• 高エネルギーpp散乱におけるグルーオンカスケードを、$\ln(1/x)$ 空間におけるBFKL進化で記述する。
• ソフト散乱を、$T_{ik} = (1 - e^{-\Omega/2})$ のeikonal近似を用いたマルチ・ポメロン交換でモデル化する。
• 部分子の吸収と $k_{\rm sat}$ 截断を考慮するため、強化されたマルチ・ポメロン図式（例：三重ポメロン頂点）を導入する。
• ポメロン間相互作用から生じる動的赤外正則化項 $k_{\rm sat}$ を導入し、低 $k_t$ 部分子の抑制を実現する。
• $n_P$ 個のポメロン交換を用いて、粒子多重度や $dN/d\eta$ のプラトー成長といった包含的過程にモデルを適用する。
• LHCデータ（$\sigma_{\rm tot}$, $\sigma_{\rm inel}$, $\sigma_{\rm el}$, 弾性勾配 $B_{\rm el}$）に合わせてモデルをキャリブレーションする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BFKL部分子的アプローチを、マルチ・ポメロン交換を通じてソフト領域へ滑らかに拡張できるか？
• RQ2 ポメロン間相互作用は、どのように部分子カスケードに有効な赤外正則化項 $k_{\rm sat}$ を生成するか？
• RQ3 LHCによる $\sigma_{\rm tot}$, $\sigma_{\rm inel}$, $\sigma_{\rm el}$ 測定値は、ポメロン截断係数 $\Delta$ と勾配 $\alpha'_{\rm P}$ をどの程度制約するか？
• RQ4 モデルは、$-t = 0.53$ GeV$^2$ における $d\sigma_{\rm el}/dt$ の谷（ディップ）を、オッドロン交換を必要とせずに説明できるか？
• RQ5 低質量ディファラクションは全非弾性断面積にどの程度寄与するか？また、モデルの調整にどのような影響を与えるか？

主な発見

• モデルは $\sqrt{s} = 7$ TeV における $\sigma_{\rm inel}^{{\rm low}M} \simeq 10$ mb を予測し、ダラムモデルの7 mb予測を上回る。
• LHCデータは、$\Delta \simeq 0.35 - 0.4$ の高いポメロン截断係数を示唆し、これはQCD的ポメロン、すなわちソフトレグゲロンとは異なる。
• TOTEMによる $\sqrt{s} = 7$ TeV における $\sigma_{\rm tot} = 98.3$ mb の測定値は、ダラムモデルがより高い $\sigma_{\rm tot}$ を必要とすることを示し、$\Delta$ の増大が不可避であることを示唆する。
• TOTEMによる $B_{\rm el} = 20$ GeV$^{-2}$ の測定値は、$\alpha'_{\rm P} \lesssim 0.1$ GeV$^{-2}$ を意味し、ポメロン軌道勾配の再導入を要請する。
• 大 $|t|$ における $d\sigma_{\rm el}/dt \propto 1/t^8$ の観測は、三グルーオン交換では説明できないため、そのメカニズムは除外される。
• $pp$ 弾性断面積の $-t = 0.53$ GeV$^2$ におけるディップは、オッドロン交換によるものではなく、CERN-ISRデータがオッドロン効果に強い制限を課しているためである。