[論文レビュー] Predictions for proton-proton interaction cross-sections at LHC

A.B. Kaidalov, M. G. Poghosyan|arXiv (Cornell University)|Sep 16, 2011

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、Gribovのレグゲオン計算に基づくレグゲ場理論モデルを用いて、LHCエネルギーにおける陽子-陽子全断面積、弾性断面積、単一フラグメンテーション、二重フラグメンテーション断面積の予測を提示する。このモデルはユニタリティとフロイサール限界の飽和をうまく再現し、全断面積が対数的に上昇すると予測する。全断面積は√s = 14 TeVで約108 mbに達する。

ABSTRACT

This is a short communication with a summary of results obtained with a model based on Gribov's reggeon calculus, which was proposed and applied to processes of soft diffraction at high energies. We present a brief description of the model and its predictions for various LHC energies.

研究の動機と目的

• LHCエネルギーにおける陽子-陽子衝突の全断面積、弾性断面積、単一および二重フラグメンテーション断面積を予測すること。
• Gribovのレグゲオン計算に基づくレグゲ場理論フレームワークを用いて、高エネルギー軟ハドロン相互作用を記述すること。
• eikonal化による多ポメロン交換を組み込むことで、ユニタリティとフロイサール限界への適合を確保すること。
• ポメロン、fおよびωレグゲオンの寄与を用いて、全断面積および弾性断面積の実験データをフィットし、記述すること。
• モデルをLHCエネルギー範囲における単一および二重フラグメンテーション分解断面積の予測へと拡張すること。

提案手法

• 高エネルギー軟ハドロン過程をモデル化するため、Gribovのレグゲオン計算を用い、ポメロンおよびレグゲオン交換に焦点を当てる。
• 多ポメロン交換図をeikonal化することで、ユニタリティを回復し、断面積の物理的でない増大を抑制する。
• 単一のレグゲポール交換および多ポメロン交換（分岐点）を含む図式を用いて、弾性散乱振幅をパラメータ化する。
• 三重レグゲ頂点およびループ図式に対する非強化吸収補正を組み込み、フラグメンテーション分解を記述する。
• 三重レグゲ結合定数を、二重微分的単一フラグメンテーション断面積の実験データにフィットする。
• ppおよびp̄p衝突におけるポメロン、fおよびωレグゲオンの寄与を含む行列要素飽和条件を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ユニタリティを満たすレグゲ場理論モデル内でのLHCエネルギー領域における全断面積および弾性断面積のエネルギー依存性はいかなるものか？
• RQ2 eikonal化された多ポメロン交換は、高エネルギーpp散乱におけるフロイサール限界の再現とユニタリティの確保にどの程度有効か？
• RQ3 √s = 7, 10, 14 TeVにおける単一および二重フラグメンテーション分解断面積は予測されるか？
• RQ4 全断面積の弾性スロープBのモデル予測は、LHCエネルギー範囲の実験データとどの程度一致するか？
• RQ5 pp衝突におけるフラグメンテーション分解過程において、ポメロンとレグゲオン交換の相対的寄与はいかほどか？

主な発見

• モデルは√s = 14 TeVで全断面積108 mb（3%の不確実性を伴う）を予測し、フロイサール限界が予想する対数的上昇と整合的である。
• 弾性断面積は√s = 14 TeVで29.5 mbに増加し、予測されるスロープBは20.5 GeV⁻²であり、前向き散乱強度の上昇を示唆する。
• 単一フラグメンテーション断面積は√s = 14 TeVでM² < 0.05sの条件下で14.3 mb（10%の不確実性を伴う）に達し、エネルギーに伴う緩やかな増加を示す。
• 二重フラグメンテーション断面積は√s = 14 TeVでΔη > 3の条件下で6.4 mbに達し、ポメロン支配と整合する弱いエネルギー依存性を示す。
• 本モデルは、0.9から14 TeVのエネルギー範囲にわたり、ppおよびp̄p衝突における全断面積および弾性断面積の既存実験データをうまく記述している。
• 全断面積の予測はユニタリティおよびフロイサール限界を満たし、LHCエネルギースペクトル全域で不確実性が制御された安定した結果を示している。