[论文解读] A Soft Interaction Model at Ultra High Energies: Amplitudes, Cross Sections and Survival Probabilities

E. Gotsman, E. Levin+1 more|ArXiv.org|Aug 10, 2007

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 3被引用 6

一句话总结

本文提出了一种双通道eikonal模型，用于描述超高能下的软强子散射，以部分子幅度在长距离下饱和的形式取代传统的软Pomeron。该模型预测单位度的黑盘极限趋近过程缓慢，且在LHC上单 exclusive Higgs玻色子产生的生存概率仅为0.7%，显著低于以往估计，这是由于非微扰软散射效应所致。

ABSTRACT

In this paper we present a two channel model with the goal of reproducing the soft scattering data available in the ISR-Tevatron energy range, and extend the model results to LHC and Cosmic Rays energies. A characteristic feature of the model is that we represent the sum of all diffractive final states at a vertex, by a single diffractive state. Our two main results are: (i) The approach of the elastic scattering amplitude to the black disc bound is very slow, reaching it at energies far higher than the GZK ankle cutoff. (ii) Our predicted survival probability for Higgs exclusive central diffractive production at the LHC is 0.7%, which is considerably smaller than our previous estimate. The above features are compatible with a parton-like model in which the traditional soft Pomeron is replaced by an amplitude describing the partonic system, which issaturated in the soft (long distance) limit.

研究动机与目标

• 开发一种双通道eikonal模型，以重现从ISR到Tevatron能量范围内的软强子散射实验数据。
• 将模型的预测扩展至LHC和宇宙射线能量范围，包括直至普朗克尺度的单位度约束。
• 计算通过中心双色过程在LHC上单 exclusive Higgs玻色子产生的生存概率。
• 分析弹性振幅在影响参数空间中趋近黑盘单位度极限的速率。
• 通过与总截面、弹性截面、单 diffractive 截面和双 diffractive 截面的实验数据对比，评估模型的可靠性。

提出的方法

• 该模型采用双通道eikonal方法求解s-通道单位度方程，其中不透明度函数Ωi,k(s,b) 表示影响参数空间中的相互作用强度。
• 散射振幅表示为Aij,kl(s,b) = i δij δkl (1 − exp(−Ωik(s,b)/2))，在高能下虚部占主导。
• 该模型放松了耦合常数的因子分解，超越了单通道软Pomeron假设，引入了软极限下的部分子饱和效应。
• 通过利用ISR-Tevatron能区范围内p-p和p̄-p碰撞的σtot、σel、σsd、σdd和Bel实验数据，对参数进行约束。
• 通过考虑对快度部分子的软再散射效应，利用弹性振幅的b-分布计算生存概率SH²。
• 通过将计算扩展至普朗克尺度，验证了模型的单位度合规性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在超高能下，弹性散射振幅在影响参数空间中趋近黑盘单位度极限的速度如何？
• RQ2 在LHC上通过中心双色过程单 exclusive Higgs玻色子产生的生存概率是多少？与以往估计相比有何不同？
• RQ3 具有非因子化不透明度的双通道eikonal模型在ISR-Tevatron能量范围内对软散射数据的拟合效果如何？
• RQ4 非微扰软再散射在多大程度上抑制了LHC上单 exclusive Higgs玻色子产生的信号？
• RQ5 该模型对振幅b依赖性的参数化方式如何影响对双色斜率和生存概率的预测？

主要发现

• 弹性散射振幅在远超GZK拐点能量时趋近黑盘单位度极限，表明单位度的饱和过程缓慢。
• 该模型预测在LHC上单 exclusive Higgs玻色子产生的生存概率为0.7%，显著低于以往基于双振幅模型的2.7%估计值。
• 当保持比值V²_p→d / B_in^H不变时，该模型对SH² = 0.7%的预测对硬斜率参数B_el^H和B_in^H的变化具有鲁棒性。
• 该模型能够重现弹性散射的前向圆锥区域（包含超过95%的数据），但因采用高斯b依赖性，无法描述双色凹陷结构。
• 该模型的结果在直至普朗克尺度的范围内与单位度一致，支持其在高能区域的可靠性。
• 该模型表明，高质心能量下质量的双色过程中的Pomeron增强图未被完全捕捉，提示未来扩展中需引入半硬过程。