[論文レビュー] Possible difference between multiplicity distributions and inclusive spectra of secondary hadrons in proton-proton and proton-antiproton collisions at energy sqrt(s)=900 GeV

V. A. Abramovsky, N. V. Radchenko|ArXiv.org|Dec 5, 2009

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 5被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、低成分数モデル（LCNM）において、√s = 900 GeV の陽子-陽子（pp）および陽子-反陽子（p̄p）衝突において、それぞれの衝突で異なる非弾性過程が関与することにより、二次ハドロンの多重度分布および包含的擬快速度スペクトルに差が生じると提案している。LCNMでは、pp では2つの基本的過程（グルーオン弦と2クォーク弦の崩壊）が寄与するが、p̄p では3つの過程（グルーオン弦、2クォーク弦、3クォーク弦の崩壊）が寄与する。この差が、特に中程度から高多重度領域において、多重度ビンごとの包含的断面積に測定可能な差をもたらす。

ABSTRACT

We consider QCD based model of hadrons interaction in which gluons density in wave function of initial state is low in rapidity space and real hadrons are produced by decay of color field strings. Hadrons production processes in pp and p antip interactions differ on principle. There are three types of inelastic processes in p antip collision. The first type is production of secondary hadrons shower from decay of gluon string. The second type is shower produced from decay of two quark strings and the third one -- from decay of three quark strings. At the same time there are only two types of inelastic processes for pp collision, they are shower from gluon string and shower from two quark strings. Therefore multiplicity distributions and inclusive spectra of secondary hadrons are different in pp and p antip interactions, and this difference may be observed at energy sqrt(s)=900 GeV.

研究の動機と目的

• √s = 900 GeV における pp および p̄p 衝突の間で、二次ハドロンの多重度分布および包含的スペクトルに差が生じるかどうかを調査すること。
• 普遍的ポメランチク・シャワー寄与による、pp および p̄p 衝突の間で多重生成特性が同一であるという従来の仮定に挑戦すること。
• 低成分数モデル（LCNM）がハドロン生成に与える影響を検討し、基本的非弾性過程の違いに焦点を当てる。
• √s = 900 GeV における pp および p̄p 衝突の、異なる電荷多重度ビンにおける包含的擬快速度分布の定量的予測を提供すること。
• これらの差が、このエネルギーでの最新のLHCデータにおいて観測可能かどうかを評価すること。特に、初期のALICEデータの限界を考慮して。

提案手法

• 本研究では、ハドロンが色場弦の崩壊によって生成されるQCDに基づく枠組み、すなわち低成分数モデル（LCNM）を用いる。初期状態の波動関数におけるグルーオン密度は、迅速度空間で小さいと仮定する。
• 基本的非弾性過程は、ファインマンに類似したダイアグラムでモデル化される。pp 衝突では2つの過程が寄与する（グルーオン弦および2クォーク弦の崩壊）が、p̄p 衝突では3つの過程が寄与する（グルーオン弦、2クォーク弦、3クォーク弦の崩壊）。
• モデルは、高エネルギー領域では真空でないレグゲロン寄与が消えると仮定し、多重パートン衝突（MPI）は主要なメカニズムではない。代わりに、弦形成ダイナミクスの違いが差を生じるとする。
• pp 衝突における多重度は、LCNMを用いて √s = 900 GeV で予測され、p̄p 衝突の多重度分布は UA5 データ [1] からとる。
• 包含的擬快速度スペクトルは、関係式 dσincl_pp / dη = (n̄_pp^(i) / n̄_p̄p^(i)) × dσincl_p̄p / dη により計算される。ここで n̄_pp^(i) および n̄_p̄p^(i) は、それぞれ pp および p̄p における各ビンの平均多重度である。
• 包含的断面積の比は、各ビンにおける平均多重度比から導出され、Pomeranchuk定理により、非単一弾性（nsd）断面積が両系で等しいと仮定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 900 GeV における pp および p̄p 衝突の間で、二次ハドロンの多重度分布および包含的スペクトルに差が生じるのか。その理由は、異なる非弾性過程に起因するのか。
• RQ2 LCNM フレームワークにおいて、pp では2つ、p̄p では3つの寄与する基本的過程があるという差が、包含的断面積に測定可能な差をもたらすのか。
• RQ3 包含的擬快速度スペクトルの差が、特に中程度から高多重度領域の特定の多重度ビンで観測可能なのか。
• RQ4 同じ中心系エネルギー下で、pp 衝突における LCNM の予測が p̄p 衝突とどの程度異なるのか。
• RQ5 異なる多重度ビンにおける包含的断面積比が、このエネルギーでの pp および p̄p 衝突を明確に区別するためのクリーンな観測量として有効なのか。

主な発見

• LCNM は、√s = 900 GeV における pp および p̄p 衝突の間で、多重度分布に顕著な差を予測している。pp ではピーク多重度が高く、尾部の多重度が低いのに対し、p̄p では逆の傾向を示す。
• 各ビンにおける平均多重度比 n̄_pp^(i) / n̄_p̄p^(i) はビンによって変化する：2 ≤ n ≤ 10 では 1.31 ± 0.01、62 ≤ n ≤ 70 では 0.74 ± 0.02 に低下し、高多重度領域で支配的性が逆転することが示唆される。
• 62 ≤ n ≤ 70 ビンでは、pp の包含的擬快速度スペクトルは p̄p に対して 0.74 ± 0.02 の要因で系として抑制されており、これが主要な観測可能な窓となる。
• 62 ≤ n ≤ 70 ビンにおける包含的断面積比 dσincl_pp / dη / (dσincl_p̄p / dη) は 0.74 ± 0.02 と予測され、測定可能で非自明なずれが生じることを示している。
• この差は特に中程度から高多重度領域（n ≥ 62）で顕著であり、比が1未満に低下するため、このエネルギーでは pp と p̄p のスペクトルが交換可能ではないと示唆される。
• 全包含分布（全多重度にわたる合算）では、pp と p̄p における高ピークと低尾部の寄与のキャンセルにより、全体としての差が目立たない。