[論文レビュー] Toward Description of $pp$ and $p{ m C}$ Interactions at High Energies: Problems of Fritiof-based Models

V. Uzhinsky|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2014

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

ひとこと要約

この論文は、NA61/SHINEおよびNA49の実験データを用いて、Fritiof 1.6、Fritiof 7.0、UrQMD 3.3、HIJING 1.383のFritiofベースのモデルが高エネルギー $pp$ および $p{\rm C}$ 衝突を記述する能力を評価している。UrQMDは $π^{-}$ 発生のエネルギー依存性を再現できないが、Fritiofモデルは約10%低く、HIJINGは過剰に予測する。断片化パラメータおよび非弾性断面積のチューニングにより一致は改善されるが、全モデルで陽子スペクトルおよび低質量非弾性散乱が不十分に記述されている。

ABSTRACT

How do the models (Fritiof 1.6, Fritiof 7.0, UrQMD 3.3 and Hijing 1.383) describe experimental data of NA61/SHINE and NA49 Collaborations on $pp$ and $p{ m C}$ interactions at high energies? An answer on this question is given in the paper. It is shown that the UrQMD model does not reproduce the energy dependence of $π^-$ meson production in $pp$-interactions; the Fritiof 1.6 and the Fritiof 7.0 models underestimate the meson production on $\sim$ 10 %; the Hijing model overestimates the data on $\sim$ 10 %. A change of a LUND fragmentation function parameter in the Fritiof models 1.6/7.0 allows to describe the data. A decreasing of probabilities of binary processes in the UrQMD model like $p+p ightarrow N+N'$ and so on, allows one to describe the data, thus a problem of a correct accounting of the processes arises. An increasing of a probability of the single diffraction dissociation in the Hijing model from 35 % to 50 % allows to describe the data, though a spectrum of masses produced in the diffraction is not satisfactory. A description of the diffraction is a problem in all the models.

研究の動機と目的

• 高エネルギー $pp$ および $p{\rm C}$ 衝突におけるFritiofベースのモデル（Fritiof 1.6、Fritiof 7.0、UrQMD 3.3、HIJING 1.383）の性能を、高精度な実験データを用いて評価すること。
• これらのモデルにおける粒子生成、特に $π^{-}$ および陽子の速さスペクトルの系統的欠陥を特定すること。
• モデルとデータの乖離に寄与する単一非弾性散乱および二体反応断面積の役割を調査すること。
• LUND断片化パラメータや非弾性確率の調整といったパラメータチューニング戦略が、実験スペクトルとの一致をどのように改善するかを検討すること。
• intra-nuclearカスケードおよび脱励起メカニズムが $p{\rm C}$ 衝突における陽子スペクトル予測に与える影響を評価すること。

提案手法

• Fritiof 1.6、Fritiof 7.0、UrQMD 3.3、HIJING 1.383のモデル予測を、20–158 GeV/cの $pp$ および $p{\rm C}$ 衝突における $π^{-}$、$π^{\pm}$、$K^{\pm}$、陽子、反陽子の速さ分布に関する高精度なNA61/SHINEおよびNA49実験データと比較する。
• FritiofモデルにおけるLUND断片化関数パラメータのチューニングにより、$π^{-}$ 発生データとの一致を向上させること。
• UrQMDにおける二体反応確率（例：$p+p\rightarrow N+N'$）の調整により、過剰発生の低減とエネルギー依存性の改善を図ること。
• HIJINGにおける単一非弾性散乱確率を35%から50%に増加させ、データとの一致を図るが、その際得られる質量スペクトルの品質も評価する。
• チューニング済みFritiof 1.6にレジオン理論にインspiredされた脱励起モデル（RTIM）を導入し、$p{\rm C}$ 衝突における陽子スペクトル記述の改善を試みる。
• 単一非弾性散乱における $t$-依存性および質量分布の分析により、低質量非弾性散乱領域におけるモデル性能を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Fritiofベースのモデルは、20–158 GeV/cのエネルギー範囲で $pp$ 衝突における $π^{-}$ メソン生成のエネルギー依存性をどれほど正確に再現できるか？
• RQ2 UrQMDおよびFritiofモデルはなぜ $π^{-}$ 速さスペクトルを正しく記述できないのか？また、LUND断片化パラメータのチューニングでこの問題が解消可能か？
• RQ3 HIJINGにおける単一非弾性散乱断面積の増大がデータとの一致をどの程度改善するか？また、その際の質量スペクトルにおける制限は何か？
• RQ4 なぜ全モデルにおいて標的断片化領域の陽子スペクトルが不正確に記述されるのか？intra-nuclearカスケードおよび脱励起メカニズムの導入で改善可能か？
• RQ5 モデル予測の $p{\rm C}$ 衝突におけるデータとの一致度はどの程度か？低エネルギー域においてチューニングが顕著な効果を示すか？

主な発見

• UrQMD 3.3は、$pp$ 衝突における $π^{-}$ 発生のエネルギー依存性を再現できないが、158 GeV/cでは偶然的に一致する。
• Fritiof 1.6およびFritiof 7.0モデルは、全エネルギー範囲で $π^{-}$ 発生を約10%低く予測するが、LUND断片化パラメータのチューニングにより是正される。
• HIJING 1.383は $π^{-}$ 発生を約10%過剰に予測するが、単一非弾性散乱確率を35%から50%に増加させることで一致が改善される。
• 脱励起抑制を施したチューニング済みFritiof 1.6モデルは、$p{\rm C}$ 衝突における陽子スペクトル、特に標的領域を良好に記述できる。
• 全モデルが低質量非弾性散乱を正しく記述できない。$t$-依存性および質量スペクトルで顕著な不一致があり、現行モデル実装における根本的限界を示している。
• チューニング済みFritiof 1.6にレジオン理論にインspiredされた脱励起モデル（RTIM）を導入することで、$p{\rm C}$ 衝突における陽子スペクトル記述が改善されるが、中央領域は未解決の $pp$ 衝突問題のため、依然として不正確である。