[論文レビュー] Testing parameters in an eikonalized dynamical gluon mass model

D. A. Fagundes, A.A. Natale+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、QCDにインspiredされた動的グルーオン質量（DGM）モデルにおける弾性陽子-陽子および反陽子-陽子散乱予測の感度を、2つの主要パラメータ、すなわちソフト・ポメランチングの截面（ε）および動的グルーオン質量（mg）に注目して検証する。eikonal形式を用い、1.8 TeVまでのデータにフィットすることで、LHCエネルギー（7および14 TeV）における全断面積およびρパラメータの予測が、妥当なパラメータ範囲内で最大3％の変動を示すことが示された。これは、非摂動的QCDモデルにおいて物理的に妥当なパラメータ選択が極めて重要であることを強調する。

ABSTRACT

In the framework of a dynamical gluon mass model recently developed, we investigate the effects of two essential parameters in the description of elastic $pp$ and $\bar{p}p$ data at high energies: the soft Pomeron intercept and the dynamical gluon mass. By considering relevant numerical intervals for both parameters and fits to the experimental data up to 1.8 TeV, with good statistical results, we discuss the predictions of the physical quantities at the LHC energies (7 and 14 TeV). We conclude that these quantities are sensitive to those variations and the predictions are correlated with the intervals considered for both parameters. This conclusion puts limits on the reliability of QCD inspired models predictions at the LHC energies, mainly those models with ad hoc fixed values for the mass scale and the Pomeron intercept.

研究の動機と目的

• QCDにインスパイアされた動的グルーオン質量（DGM）モデルにおけるLHC予測が、ソフト・ポメランチングの截面（ε）および動的グルーオン質量（mg）という2つの主要パラメータにどれほど感度を示すかを評価すること。
• 高エネルギー領域における固定値・恣意的パラメータを用いたQCDにインスパイアされたモデルの信頼性を、パラメータの変動をテストすることで評価すること。
• 546 GeVおよび1.8 TeVにおけるppおよびp̄p散乱の全断面積、ρパラメータ、および微分的弾性断面積を同時にフィットすること。
• さまざまなパラメータ範囲におけるLHCエネルギー（7および14 TeV）における全断面積およびρパラメータの予測を提供すること。
• 最近のTOTEMデータ、特に7 TeVにおける微分的断面積のディップ位置とモデル予測を比較すること。

提案手法

• DGMモデルは、Cornwallの摂動的でない結合定数および動的グルーオン質量の式を用い、mgに依存し、赤外領域で凍結する。
• 弾性散乱振幅は、影響パラメータ空間におけるeikonal表現を用いて計算され、ppおよびp̄p散乱のための複素eikonal関数χ(s,b) = χR(s,b) + iχI(s,b)を用いる。
• 全断面積、ρパラメータ、および微分的断面積は、eikonal関数を影響パラメータbについて積分することで導出される。
• eikonalの奇数部（χ⁻）は低エネルギー領域におけるpp–p̄pの差を説明し、偶数部（χ⁺）はクォーク–クォーク、クォーク–グルーオン、グルーオン–グルーオン相互作用から構成され、エネルギーに依存する断面積を含む。
• 546 GeVおよび1.8 TeVにおける実験データ（σtot、ρ、dσ/dt）を、CERN ROOTフレームワーク内でのTMinuit最小化器を用いて90％信頼水準で同時にフィットする。
• 7および14 TeVにおける予測は、フィットされたパラメータの外挿によって得られ、定義された範囲内でεおよびmgを体系的に変化させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCエネルギーにおけるDGMモデルの全断面積およびρパラメータの予測は、ソフト・ポメランチングの截面εの変動に対してどの程度感度を示すか？
• RQ2 動的グルーオン質量スケールmgは、7および14 TeVにおける弾性散乱観測量のモデル予測にどのように影響を与えるか？
• RQ3 パラメータの変動（εおよびmg）が、固定値・恣意的パラメータを用いたモデルと比較して、顕著な差異を生じさせる程度はどの程度か？
• RQ4 特に7 TeVにおける微分的断面積のディップ位置に関して、モデルの予測は最近のTOTEMデータとどの程度一致するか？
• RQ5 既存のデータにフィットさせることで、モデルのパラメータ空間を制約でき、良好な統計的品質を維持できるか？

主な発見

• mg = 400 MeVでεを0.080から0.090に変化させた場合、7 TeVにおけるρパラメータは0.1321から0.1376に変動し、14 TeVでは0.1272から0.1330に変動し、区間全体で3％の変動を示した。
• ε = 0.080でmgを350から450 MeVに変化させた場合、7 TeVにおける全断面積は96.9 mbから94.9 mbに変動し、14 TeVでは108.8 mbから106.1 mbに変動し、再び3％の変動を示した。
• mg = 450 MeVおよびε = 0.080の場合、モデルは0.53 GeV²におけるディップ位置を予測し、これはTOTEM共同研究グループが報告した7 TeVにおけるディップ位置と完全に一致した。
• すべてのフィットにおけるχ²/DOF値は1.0未満を維持しており、すべてのテストされたパラメータ組み合わせで良好な統計的品質を示した。
• 本研究は、QCDにインスパイアされたモデルの予測がεおよびmgの選択に極めて敏感であることを示しており、固定値・恣意的パラメータ（例：ε = 0.05、mg = 600 MeV）を用いたモデルは、本研究で得られた不確実性の2倍の不確実性を持つ可能性があることを示唆している。
• 結果は、ポメランチングの截面およびグルーオン質量スケールが物理的に妥当であり、慎重に制約される必要があることを強調しており、信頼性の高いLHC予測を実現するための不可欠な条件である。