[论文解读] Amplitudes and Cross Sections at the LHC

E. Gotsman|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2013

High-Energy Particle Collisions Research被引用 4

一句话总结

GLM模型提出了一套单一Pomeron框架，具有较大的截距（ΔIP = 0.23）和趋近于零的斜率（α′IP = 0.028 GeV⁻²），用于描述从ISR到LHC能量范围内的软强子相互作用。该模型成功拟合了总截面、弹性截面、单/双 diffractive 截面以及弹性斜率数据，与LHC测量结果一致，并通过其幺正eikonal形式和三Pomeron顶点主导机制，自然地与微扰QCD和N=4 SYM建立联系。

ABSTRACT

We describe the elements of the GLM model that successfully describes soft hadronic interactions at energies from ISR to LHC. This model is based on a single Pomeron with a large intercept $Δ_{\pom}$ = 0.23 and slope $α_{\pom}'$ = 0, and so provides a natural matching with perturbative QCD. We analyze the elastic, single diffractive and double diffractive amplitudes, and compare the behaviour of the GLM amplitudes to those of other parameterizations. We summarize the main features and results of competing models for soft interactions at LHC energies.

研究动机与目标

• 开发一个从ISR到LHC能量范围内统一描述软强子相互作用的模型。
• 解决经典Donnachie-Landshoff Regge模型在LHC能量下因Froissart界限违反而失效的问题。
• 提供一个幺正的、基于eikonal的框架，自然地与短距离处的微扰QCD和N=4 SYM相匹配。
• 在LHC能量下以高精度重现实验测得的截面（σtot, σel, σsd, σdd）和弹性斜率（Bel）。
• 通过发布数值振幅值，实现不同模型之间散射振幅的直接比较。

提出的方法

• 采用Good-Walker两通道eikonal模型，通过条件 |2 Im Aik(s,b)| = |Aik(s,b)|² + Ginik(s,b) 强制实现幺正性。
• 采用实数eikonal不透明度 Ωik(s,b) = gi(b)gk(b)P(s)，其中 P(s) = s^Δ，Δ = 0.23，α′IP = 0.028 GeV⁻²。
• 通过 1/(1 + q²/m²)² 的傅里叶变换建模Pomeron-强子顶点，得到 gℓ(b) = glSl(b)，其中 Sl(b) ∝ bK₁(mlb)。
• 通过三Pomeron顶点 G3IP = 0.03 GeV⁻¹ 对所有增强及半增强图进行求和，确保与 αs² 缩放在短距离下的相容性。
• 将14个参数（Pomeron与Reggeon部分）拟合至从ISR到LHC的全球数据，包括 σtot, σel, σsd, σdd 和 Bel。
• 在影响参数空间（b）中比较振幅，以区分模型行为，超越截面本身。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以仅用一个Pomeron模型（ΔIP = 0.23，α′IP ≈ 0）在不引入第二个Pomeron的前提下，准确描述LHC数据？
• RQ2 在影响参数空间中，弹性、单 diffractive 和双 diffractive 振幅在不同能量下的行为如何？
• RQ3 GLM模型的eikonal结构在多大程度上满足幺正性并符合Froissart界限？
• RQ4 GLM模型的振幅形状与从数据中提取的振幅（如Durham组）及其他模型（如FKK随机真空模型）相比如何？
• RQ5 该模型的三Pomeron顶点与零斜率Pomeron轨迹能否为微扰QCD和N=4 SYM提供一致的联系？

主要发现

• GLM模型重现了TOTEM在LHC上的测量结果：在W = 7 TeV时，σtot = 98.6 mb（实验值 98.6 ± 2.2 mb），σel = 24.6 mb（实验值 25.4 ± 1.1 mb）。
• 弹性斜率Bel被良好描述，模型值为20.2 GeV⁻²，与TOTEM的19.9 ± 0.3 GeV⁻²一致。
• 在W = 7 TeV时，模型预测σinel = 74.0 mb，与ALICE（73.2 ± 2.6 mb）和TOTEM（73.5 ± 0.6 mb）一致，但高于ATLAS和CMS，原因在于外推误差。
• 在W = 57 TeV时，模型预测σtot = 130 mb，σinel = 95.2 mb，与Auger的133 ± 13 mb和92 ± 7 mb一致。
• GLM中的弹性振幅呈高斯形，且随能量增加在b = 0处变得更平坦，即使在57 TeV下也保持在幺正性极限（Ael < 1）以下。
• GLM模型的不透明度Ωel(b)在所有能量下均呈高斯状，与Durham组在546 GeV、1.8 TeV和7 TeV下基于数据推导的不透明度相匹配。