[논문 리뷰] 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|2009. 12. 05.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 5인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 √s = 900 GeV에서 양성자-양성자(pp) 및 양성자-반양성자(p̄p) 충돌 간 다중도 분포와 포함된 속도 스펙트럼이 저항성 구성요소 수 모델(LCNM)에서의 이질적인 비탄성 기본 과정으로 인해 다를 수 있음을 제안한다. 모델은 pp 충돌에서는 두 가지 기본 과정(글루온 스트링 및 두 쿼크 스트링 붕괴)이 존재하는 반면, p̄p 충돌에서는 세 가지 과정(글루온 스트링, 두 쿼크 스트링, 세 쿼크 스트링 붕괴)이 존재함으로써, 특히 중간에서 고다중도 영역에서 포함된 단위 다중도 구간의 단면적에 측정 가능한 차이가 발생할 수 있음을 설명한다.

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.

연구 동기 및 목표

• √s = 900 GeV에서 pp 및 p̄p 충돌 간 다중도 분포와 포함된 2차 하드론 스펙트럼이 다를 수 있는지 조사한다.
• 일반적인 펌프레인 쇼어 기여에 기인한 다중 생산 특성의 pp 및 p̄p 상호작용 간 동일성이라는 전통적 가정을 도전한다.
• 저항성 구성요소 수 모델(LCNM)이 하드론 생성에 미치는 영향을 탐색하며, 기본 비탄성 과정의 차이를 강조한다.
• √s = 900 GeV에서의 pp 및 p̄p 충돌에 대해 다양한 전하 다중도 구간에서 포함된 속도 스펙트럼 분포에 대한 정량적 예측을 제공한다.
• 이러한 차이가 향후 LHC 데이터에서 관측 가능한지 평가하며, 특히 이 에너지에서의 초기 ALICE 데이터의 한계를 고려한다.

제안 방법

• 연구는 QCD 기반 프레임워크인 저항성 구성요소 수 모델(LCNM)을 사용하며, 여기서 하드론은 색장 스트링의 붕괴를 통해 생성되며, 초기 상태 파동함수의 글루온 밀도는 빠르기 공간에서 낮다.
• 기본 비탄성 과정은 파인만 유사 다이어그램으로 모델링된다: pp 충돌에서는 두 과정이 기여한다(글루온 스트링 붕괴 및 두 쿼크 스트링 붕괴); p̄p 충돌에서는 세 과정이 기여한다(글루온 스트링 붕괴, 두 쿼크 스트링 붕괴, 세 쿼크 스트링 붕괴).
• 모델은 고에너지에서 비진공 레지온 기여가 사라지며, 다중 파arton 상호작용(MPI)이 주요 메커니즘이 아니라고 가정한다. 대신, 차이의 근본 원인은 스트링 형성 동역학의 이질성에 기인한다.
• pp 충돌의 다중도는 LCNM를 사용해 √s = 900 GeV에서 예측하며, p̄p 다중도 분포는 UA5 데이터 [1]에서 취득한다.
• 포함된 속도 스펙트럼 분포는 다음과 같은 관계로 계산된다: dσincl_pp / dη = (n̄_pp^(i) / n̄_p̄p^(i)) × dσincl_p̄p / dη, 여기서 n̄_pp^(i) 및 n̄_p̄p^(i)는 각각 pp 및 p̄p의 각 구간에서 평균 다중도이다.
• 포함된 단면적 비율은 평균 다중도 비율에서 유도되며, 펌프레인 정리에 따라 비단일 분해(비단일) 단면적이 양 시스템에서 동일하다고 가정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √s = 900 GeV에서의 pp 및 p̄p 충돌 간 다중도 분포와 포함된 2차 하드론 스펙트럼이 이질적인 비탄성 기본 과정으로 인해 다를 수 있는가?
• RQ2 LCNM 프레임워크에서 기여하는 기본 과정의 수의 차이(이론적으로 pp에서는 두 개, p̄p에서는 세 개)가 포함된 단면적에 측정 가능한 차이를 유도할 수 있는가?
• RQ3 특히 중간에서 고다중도 영역에서 포함된 속도 스펙트럼 분포의 차이가 관측 가능한가?
• RQ4 동일한 중심질량 에너지에서 LCNM에 의한 pp 충돌의 예측이 p̄p 충돌 예측과 얼마나 다를 수 있는가?
• RQ5 다른 다중도 구간에서 포함된 단면적 비율이 이 에너지에서의 pp 및 p̄p 상호작용을 구별하는 청결한 관측 가능량이 될 수 있는가?

주요 결과

• LCNM는 √s = 900 GeV에서의 pp 및 p̄p 충돌 간 다중도 분포에 상당한 차이를 예측하며, pp는 p̄p보다 높은 피크 다중도와 낮은 尾다중도를 보인다.
• 각 구간에서 평균 다중도 비율 n̄_pp^(i) / n̄_p̄p^(i)는 변화한다: 2 ≤ n ≤ 10에서는 1.31 ± 0.01, 62 ≤ n ≤ 70에서는 0.74 ± 0.02로 감소하여 고다중도 영역에서 지배적 성향이 반전됨을 나타낸다.
• 62 ≤ n ≤ 70 영역에서 pp의 포함된 속도 스펙트럼 분포는 p̄p보다 0.74 ± 0.02 배로 체계적으로 억제되며, 이는 핵심 관측 가능 창이다.
• 62 ≤ n ≤ 70 다중도 영역에서 포함된 단면적 비율 dσincl_pp / dη / (dσincl_p̄p / dη)는 0.74 ± 0.02로 예측되며, 이는 측정 가능한 비자명한 이질성을 시사한다.
• 이 차이는 특히 다중도가 높은 영역(n ≥ 62)에서 가장 두드러지며, 비율이 1 이하로 떨어지므로 이 에너지에서 pp 및 p̄p 스펙트럼이 상호 교환 가능하지 않음을 시사한다.
• 전체 포함된 분포(모든 다중도 합산)는 pp의 높은 피크와 낮은 꼬리 기여의 상쇄로 인해 더 미세하게 관측되며, 이로 인해 눈에 띄는 차이가 적다.