[論文レビュー] The Total Cross Section at the LHC: Models and Experimental Consequences

J. R. Cudell|ArXiv.org|Nov 18, 2009

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 16被引用数 3

ひとこと要約

この論文はLHCにおける全プロトン-プロトン断面積の理論的モデルを評価し、ユニタリティ化スキームとゴムイド・プロンの構造が予測に顕著な影響を及ぼすことを強調している。標準的な実験的分析では、勾配のt依存性および振幅の実部に関する誤った仮定により、10–15 mbの系統的誤差が生じる可能性がある。1%の精度を達成するためには、これらの観測量の精密測定を改善する必要がある。

ABSTRACT

I review the predictions of the total cross section for many models, and point out that some of them lead to the conclusion that the standard experimental analysis may lead to systematic errors much larger than expected.

研究の動機と目的

• LHC実験的予測に与える全断面積の異なる理論的モデルの影響を評価すること。
• 全断面積測定における標準的手法が、微分断面積のt依存性およびρパラメータに関する誤った仮定から生じる系統的誤差を特定すること。
• 特に二ポメロンモデルにおける飽和またはイクイノイド・ユニタリティ化スキームを含むユニタリティ化スキームが、全断面積予測に与える影響を評価すること。
• これらのモデルが、LHCにおける全断面積測定で1%の精度を達成する上でどのような意味を持つのかを明らかにすること。
• 複数の極または二ポメロン構造が、ソフトハドロン散乱データをよりよく記述するのかを検討すること。

提案手法

• 本論文は、複素j平面における単一、二重、三重極を含む広範なモデルを分析し、全断面積を記述する。
• 研究は、√s ≥ 4 GeVの範囲におけるソフトハドロン散乱データ（pp、p̄p、π±p、K±p、γp、γγ）を収集したCOMPETE共同研究のクリーニング済みデータセットを用い、さまざまなパラメータ化に適合させた。
• 高エネルギー予測における部分波ユニタリティを保証するために、飽和スキームおよび標準的一チャネルイクイノイドを含むユニタリティ化スキームを適用した。
• Coulomb-核力干渉を含むユニタリズド二ポメロンモデルを用いてLHCに類似したデータをシミュレートし、標準的なビニングを適用した。その後、標準的手法を用いてσ_totを抽出した。
• 抽出されたσ_totを入力モデル値と比較することで、従来手法における系統的バイアスを定量化した。
• 特に飽和スキームにおいて、勾配Bおよび振幅の実部（ρ）のt依存性を、さまざまなモデルの下で評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単一極、複数極、または二ポメロン系としてのポメロンモデルが、LHCエネルギーにおける全断面積予測にどのように影響を与えるか？
• RQ2 勾配Bが一定であるという標準的な実験的仮定およびρパラメータが小さいという仮定が、全断面積測定における系統的誤差をどの程度引き起こすか？
• RQ3 イクイノイドまたは飽和スキームのようなユニタリティ化スキームが、予測された全断面積およびそのエネルギー依存性に与える影響は何か？
• RQ4 ヘビー・ポメロン（インターセプト ≈1.4）と小さな結合定数を持つ二ポメロンモデルは、ソフトデータをよく再現できるが、LHCの予測と整合的か？
• RQ5 Bおよびρのt依存性がモデル依存である以上、σ_totの1%の精度を達成するにはどのような実験的補正が必要か？

主な発見

• COMPETEフィットは、√s = 10 TeVで84–112 mb、14 TeVで90–117 mbの全断面積を予測しており、これはχ²/点 ≤ 1のパラメータ化に基づく。
• ヘビー・ポメロン（インターセプト ≈1.4）と小さな結合定数（√s < 200 GeVで≤7%）を持つ二ポメロンモデルは、ソフトデータに良好に適合し、DIS結果とも整合する。
• 二ポメロンモデルのユニタリティ化は、飽和スキームまたはイクイノイドスキームに依存して、全断面積が最大150 mbに達する可能性がある。
• 標準的な実験的分析手法では、Bおよびρのt依存性に関する誤った仮定のため、σ_totが約10 mb（光度依存性あり）または15 mb（光度非依存性）だけ系統的に過大評価される。
• 微分断面積は、Bが一定のe^{Bt}で近似できない。勾配Bおよびρパラメータは、特に二ポメロンモデルにおいて強くtに依存する。
• σ_totの1%の精度を達成するには、Bおよびρのt依存性に関する専用の研究が必要であり、現在の仮定では顕著な系統的バイアスが生じる。