[논문 리뷰] From hard to soft high-energy pp interactions

A. D. Martin, M. G. Ryskin외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 10. 10.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 3인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 고에너지 pp 상호작용을 통합적으로 묘사하는 모델을 제안한다. 기존의 하드 과정 전용이던 미세한 QCD 파arton 카스케이드 접근법을 다중-포메론 교환과 포메론-포메론 상호작용에 의해 유도되는 효과적인 적외선 절단 $k_{\rm sat}$를 통해 부드럽고 반부드러운 영역으로 확장한다. 이 모델은 LHC에서의 총단면, 비탄성 및 탄성 단면에 대한 데이터를 성공적으로 기술하며, 포메론의 절편 및 기울기 매개변수에 중요한 함의를 지닌다.

ABSTRACT

We discuss how the main features of high-energy `soft' and `semihard' pp collisions may be described in terms of parton cascades and multi-Pomeron exchange. The interaction between Pomerons produces an effective infrared cutoff, k_sat, by the absorption of low k_t partons. This provides the possibility of extending the parton approach, used for `hard' processes, to also describe high-energy soft and semihard interactions. We outline a model which incorporates these features. Finally, we discuss what the most recent LHC measurements in the soft domain imply for the model.

연구 동기 및 목표

• 부드럽고 딱딱한 고에너지 pp 상호작용을 통합적으로 하나의 파르톤 프레임워크로 묘사하는 것.
• BFKL 역학과 다중-포메론 교환 및 흡수 효과를 통해 딱딱한 물리에서 연한 물리로의 전이를 설명하는 것.
• 포메론-포메론 상호작용에 의해 유도되는 효과적인 적외선 절단 $k_{\rm sat}$를 포함하여 카스케이드에서 $k_t$-순서를 복원하는 것.
• 최근 LHC 측정값인 총단면, 비탄성 및 탄성 단면에 대해 모델을 시험하는 것.
• 새로운 데이터를 바탕으로 포메론 절편 $\Delta$와 기울기 $\alpha'_{\rm P}$ 등의 매개변수를 보정하는 것.

제안 방법

• 고에너지 pp 충돌에서의 글루온 카스케이드를 묘사하기 위해 $\ln(1/x)$ 공간에서의 BFKL 진화를 사용한다.
• 부드러운 상호작용을 다중-포메론 교환을 통해 eikonal 근사(예: $T_{ik} = (1 - e^{-\Omega/2})$)로 모델링한다.
• 파트온 흡수 및 $k_{\rm sat}$ 절단을 고려하기 위해 강화된 다중-포메론 다이어그램(예: 삼중 포메론 정점)을 포함한다.
• 포메론-포메론 상호작용에 의해 유도되는 동적 적외선 절단 $k_{\rm sat}$를 도입하여 저에너지 $k_t$ 파르톤을 억제한다.
• 포메론 $n_P$ 개의 교환을 통해 입자 다중도 및 $dN/d\eta$ 플랫폼 성장과 같은 포함 과정에 모델을 적용한다.
• LHC 데이터를 기반으로 $\sigma_{\rm tot}$, $\sigma_{\rm inel}$, $\sigma_{\rm el}$ 및 탄성 기울기 $B_{\rm el}$에 대해 모델을 校정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 BFKL 파르톤 접근법은 다중-포메론 교환을 통해 연한 영역으로 매끄럽게 확장될 수 있는가?
• RQ2 포메론-포메론 상호작용은 파르톤 카스케이드에 효과적인 적외선 절단 $k_{\rm sat}$를 어떻게 생성하는가?
• RQ3 LHC 측정값인 $\sigma_{\rm tot}$, $\sigma_{\rm inel}$, $\sigma_{\rm el}$은 포메론 절편 $\Delta$와 기울기 $\alpha'_{\rm P}$를 어느 정도 제약하는가?
• RQ4 모델은 오드론 교환 없이도 관측된 $d\sigma_{\rm el}/dt$ 형태, 특히 $-t = 0.53$ GeV$^2$에서의 곡절을 설명할 수 있는가?
• RQ5 저질량 디퓨전은 총 비탄성 단면에 어떤 역할을 하는가? 그리고 모델 캘리브레이션에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 모델은 $\sqrt{s} = 7$ TeV에서 $\sigma_{\rm inel}^{{\rm low}M} \simeq 10$ mb를 예측하며, 덴버 모델의 7 mb 예측을 초과한다.
• LHC 데이터는 $\Delta \simeq 0.35 - 0.4$의 더 높은 포메론 절편을 암시하며, 이는 부드러운 Reggeon이 아닌 QCD 포메론과 일치한다.
• TOTEM의 7 TeV에서 $\sigma_{\rm tot} = 98.3$ mb 측정치는 덴버 모델에서 더 높은 $\sigma_{\rm tot}$를 요구하며, 이는 $\Delta$를 증가시킬 필요가 있음을 시사한다.
• TOTEM에서의 탄성 기울기 $B_{\rm el} = 20$ GeV$^{-2}$는 $\alpha'_{\rm P} \lesssim 0.1$ GeV$^{-2}$를 암시하며, 포메론 궤적 기울기의 재활성화가 필요하다.
• 큰 $|t|$에서의 관측된 $d\sigma_{\rm el}/dt \propto 1/t^8$ 형태는 삼중-글루온 교환으로는 설명될 수 없으며, 이 메커니즘을 배제한다.
• CERN-ISR 데이터에 따르면 오드론 효과에 강한 제약이 있기 때문에, $pp$ 탄성 단면에서의 곡절은 오드론 교환 때문이 아니며, 이는 오드론 기여가 미미하다는 것을 뜻한다.