[論文レビュー] Partonic description of soft high energy pp interactions

A. D. Martin, V. A. Khoze+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2012

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、BFKL ポメロンフレームワークを拡張し、Pomeron-Pomeron 吸収に起因する有効な低波数領域切断 $k_{\text{sat}}$ を含めた多ポメロン交換を導入することで、ソフトおよび半ハードな陽子-陽子衝突の統一的部粒子的記述を提案する。モデルは LHC の全断面積および非弾性断面積のデータをうまく再現し、予測されたポメロンの截断値は $Δ \sim 0.35$ であり、測定された急速度分布および微分的散裂断面積と良好に一致している。

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.

研究の動機と目的

• ソフトおよびハード高エネルギー pp 相互作用の記述を、BFKL 力学に基づく単一の部粒子的フレームワークで統一すること。
• eikonal化された吸収補正を伴う多ポメロン交換を通じて、LHC エネルギー域での全断面積および非弾性断面積の増大を説明すること。
• 急速度分布の平坦化を、交換されるポメロンの数 $n_P$ がエネルギーに応じて増加することによって説明すること。
• ポメロン-ポメロン相互作用に起因する有効な低波数領域切断 $k_{\text{sat}}$ を組み込み、BFKL カスケードをソフト領域で安定化させること。
• 最近の LHC 測定値（全断面積、微分的散裂、弾性散乱）と照合してモデルを検証すること。

提案手法

• $\ln(1/x)$ の進化において、次に高い対数項 $(1/x)$ の補正を含む BFKL 方程式を用い、軟らかくても摂動的 QCD の枠組みを拡張してグルーオンカスケードを記述する。
• QCD ポメロンを $k_t$ 発光が順不同であるラダーダイアグラムの和としてモデル化し、陽子内部の小さな「ホットスポット」を形成する。
• eikonal モデルを用いて多ポメロン交換を導入し、$T_{ik} = (1 - e^{-\Omega/2})$ と定式化する。ここで $\Omega/2$ は全ポメロン交換振幅を表す。
• 3チャンネル eikonal モデルを用い、ポメロンのトレジャクトリと形因子のパラメータ化を介して吸収補正を組み込む。
• 全断面積、非弾性断面積、および $d\sigma_{\text{el}}/dt$ の記述にモデルを適用し、全急速度領域への外挿も含む。
• 三重ポメロン頂点に散乱補正を加え、高質量微分的散裂を記述し、ATLAS の $d\sigma/d\Delta\eta$ 測定データと照合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BFKL ポメロンフレームワークは、ハード過程に限らず、ソフトおよび半ハードな pp 相互作用を記述するために拡張可能か？
• RQ2 多ポメロン交換および吸収補正は、LHC エネルギー域における全断面積および非弾性断面積の観測されたエネルギー依存性をどのように説明できるか？
• RQ3 有効な低波数領域切断 $k_{\text{sat}}$ は、ソフト領域における BFKL カスケードの安定化にどのような役割を果たすか？
• RQ4 LHC による全断面積および微分的散裂の測定結果は、提案された部粒子的モデルをどの程度支持するか？
• RQ5 eikonal化された多ポメロンモデルは、急速度分布の平坦化および弾性散乱の $t$ 依存性をどの程度よく再現できるか？

主な発見

• BFKL ポメロンの截断値は、小さな $k_t$ の広い範囲で $\Delta \sim 0.35$ に安定化しており、摂動的 QCD がソフト領域にまで自然に拡張されることを示している。
• モデルは TOTEM が測定した全断面積 ($\sigma_{\text{tot}} \approx 73.5$ mb) および ATLAS/CMS が測定した非弾性断面積 ($\sigma_{\text{inel}} \approx 69.4$ mb) を良好に再現しており、全急速度領域への外挿も含む。
• ATLAS および CMS の非弾性断面積測定結果から、$\sigma_{\text{inel}}^{\text{high}M} \approx 64$ mb が得られ、低質量微分的散裂の残りは $\sigma_{\text{inel}}^{\text{low}M} \approx 9.5$ mb となる。これはモデル予測の $8.2$ mb と整合的である。
• 吸収補正を含む三重ポメロンモデルは、大急速度ギャップ事象の ATLAS の $d\sigma/d\Delta\eta$ 測定データをうまく再現し、高質量微分的散裂の役割を確認している。
• ポメロントレジャクトリにパイ粒子ループを組み込むと、全断面積が 1 mb 減少する（96.4 mb に）。これは $t=0$ での $d\sigma_{\text{el}}/dt$ の外挿に不確実性があることを示唆している。
• 今後の $t=0$ 近傍での高精度な弾性散乱測定、特にゼロデグリーカラリメータのような前方検出器を用いた測定により、$\sigma_{\text{tot}}$ の不確実性が低減され、$\Delta_{\text{bare}}$ の更新が求められる可能性がある。