[論文レビュー] Multiplicity Distribution of Secondary Hadrons at LHC Energy and Total Cross Sections of Hadron-Hadron Interactions

V. A. Abramovsky, N. V. Radchenko|ArXiv.org|Dec 12, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、LHCエネルギーにおける陽子-陽子および陽子-反陽子衝突における多重度分布および全断面積を説明するため、低成分数モデル（LCNM）を提案する。このモデルは、グルーオン弦の崩壊（正規分布多重度）、2クォーク弦の崩壊（ネガティブ・バイノミアル分布多重度）、および3クォーク弦の崩壊（ネガティブ・バイノミアル分布多重度）という3つの生成メカニズムを区別する。グルーオン弦の寄与は全断面積に定数項をもたらし、クォーク弦の寄与はエネルギーに比例して増加する。√s = 14 TeVにおいて、モデルは全断面積101.30 ± 6.65 mbおよび平均荷電粒子多重度71.57 ± 4.37を予測する。

ABSTRACT

The multiple production processes of secondary hadrons in proton-antiproton scattering are divided into three types. The first type is a shower of secondary hadrons produced from gluon string decay, the second type is a shower of secondary hadrons produced from two quark strings decay and the third is a shower produced from three quark strings decay. At the same time there are only two types for proton-proton scattering - shower from gluon string and shower from two quark strings. These showers do not correspond to pomeron showers originating from cuts of one, two, three, ... pomerons. Multiplicity distribution in gluon string is Gaussian, in two and three quark strings it is negative binomial. Gluon string weight in the multiplicity distribution is determined by the constant contribution to total cross sections, the quark strings weights - by the growing with energy contributions. The expected value of proton-proton scattering total cross section and the multiplicity distribution at energy 14 TeV are given

研究の動機と目的

• 高エネルギー領域におけるQCDモデルの全断面積および多重度分布に関する不一致を解消すること。
• σ_tot(π±p)/σ_tot(pp) ≈ 2/3およびポンメランチュー軌道の傾きが小さいといった観測された異常を扱うこと。
• ポンメランチューに基づくモデルとは異なる新たなハドロン生成メカニズムを提案すること。
• √s = 14 TeVにおけるppおよびp̄p散乱の全断面積および多重度分布を予測すること。
• 低エネルギーppおよびp̄p衝突からの実験データを用いてモデルを検証すること。

提案手法

• ハドロン生成を3種類に分類する：グルーオン弦の崩壊（正規分布多重度）、2クォーク弦の崩壊（ネガティブ・バイノミアル分布）、および3クォーク弦の崩壊（ネガティブ・バイノミアル分布）。
• グルーオン弦寄与を全断面積における定数項としてモデル化し、クォーク弦寄与はエネルギーに比例して増加するように設定する。
• 中心極限定理を用いて、同様の図が多数存在するためグルーオン弦多重度が正規分布に従うことを正当化する。
• クォーク弦崩壊にはネガティブ・バイノミアル分布を適用し、形状パラメータkおよび平均多重度⟨n⟩を用いる。
• 複数のネガティブ・バイノミアル分布（例：2本または3本の弦）を畳み込むことで、合成多重度をモデル化し、ネガティブ・バイノミアル分布の形を保つ。
• 実験データ（√s = 52.6–1800 GeV）にモデルをフィットし、適合度評価にχ²/ndfを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高エネルギー領域におけるppおよびp̄p散乱の多重度分布にはどのような相違があり、それらの背後にあるメカニズムは何か？
• RQ2 ポンメランチューに基づくモデルに依存せずに、観測された全断面積および多重度分布を説明できるか？
• RQ3 グルーオン弦とクォーク弦は、全断面積および多重度分布をどのように形作っているか？
• RQ4 グルーオン弦およびクォーク弦の崩壊寄与は、中心系エネルギーの増加に伴いどのようにスケーリングするか？
• RQ5 低エネルギーデータを用いて、LCNMは√s = 14 TeVにおける多重度および断面積を正確に予測できるか？

主な発見

• √s = 14 TeVにおいて、モデルはpp散乱の全断面積を101.30 ± 6.65 mbと予測する。
• √s = 14 TeVにおける平均荷電粒子多重度は71.57 ± 4.37と推定される。
• グルーオン弦崩壊の多重度分布は、中心極限定理により正規分布に従う。
• 2および3クォーク弦崩壊からの多重度は、パラメータが弦の数に線形に比例するネガティブ・バイノミアル分布に従う。
• 実験データ（√s = 52.6–1800 GeV）に対するモデルの適合度は、χ²/ndfが4/26から120/115の範囲にあり、妥当な一致を示している。
• 本モデルの非弾性過程はポンメランチューに基づくメカニズムとは異なり、バリエンスクォークと少数のブレムストラーリンググルーオン間の色交換に起因する。