[论文解读] Double Parton Splitting Diagrams and Interference and Correlation Effects in Double Parton Scattering

Jonathan R. Gaunt|arXiv (Cornell University)|Oct 7, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用 3

一句话总结

本文批判性地审视了质子-质子碰撞中的双部分子分裂（DPS）框架，质疑在双PDF（dPDF）方法中将‘双微扰分裂’图分离为DPS贡献的有效性。研究证明，此类图中DPS与非DPS贡献之间不存在自然分离，从而动摇了dPDF形式化的基础。此外，文章揭示了在未极化的DPS中被忽视的干涉与关联部分子效应，表明此前被忽略的色荷与自旋关联可在截面中显著贡献，尤其在双Drell-Yan过程等反应中尤为明显。

ABSTRACT

We discuss two topics in double parton scattering (DPS) theory that have been the subject of recent research interest. First, the role of `double parton splitting' diagrams in DPS is discussed. We outline the `double PDF' description of DPS, which was introduced a number of years ago. It is pointed out that under this framework, a certain structure is anticipated in the cross section expression for a `double perturbative splitting' diagram, which in the framework is regarded as DPS. We show that although this structure does indeed appear in the `double perturbative splitting' diagrams, there is no natural reason to demarcate specifically this part of the graph as the DPS part, and indeed there is no natural part of these diagrams that can be regarded as DPS. There therefore appear to be some unsatisfactory features in the double PDF approach to describing DPS. The second issue we discuss is that of interference and correlated parton contributions to proton-proton DPS. We explain in simple terms why there can be such contributions to the DPS cross section. The potential existence of such contributions was pointed out long ago by Mekhfi and more recently by Diehl and Schafer, but has been largely ignored in phenomenological investigations of DPS.

研究动机与目标

• 评估在双PDF（dPDF）形式化中，将‘双微扰分裂’图孤立为DPS贡献的有效性。
• 研究dPDF方法是否在双部分子散射中自然地将DPS与非DPS贡献分离。
• 重新表述并澄清未极化质子-质子双部分子散射中干涉与关联部分子贡献的作用。
• 强调此类干涉与关联效应——此前被忽略——可能具有显著大小并具有明显的现象学意义。
• 呼吁开展更完善的现象学研究，纳入这些效应，包括演化效应及关联2pGPD的低尺度输入。

提出的方法

• 使用常规费曼规则与横动量积分分析‘双微扰分裂’图的截面结构。
• 将‘交叉盒’圈图（图1b）作为最小模型，检验是否存在与 $[\log(Q^2/\Lambda^2)]^2/\sigma_{\text{eff}}$ 成比例的对数项。
• 采用2pGPD的因子化形式，分为纵向与横向部分，其中 $\sigma_{\text{eff}}$ 通过 $\int F(\mathbf{b})^2 d^2\mathbf{b}$ 定义。
• 将dPDF方法与完整的2pGPD框架进行比较，表明dPDF无法自然地分离出DPS贡献。
• 分析DPS的切割图（图2b），识别来自色荷与自旋量子数的干涉与关联贡献。
• 与单部分子散射（SPS）类比：由于质子重新形成约束，SPS中此类干涉被禁止，但在DPS中由于整体量子数守恒，此类干涉是允许的。

实验结果

研究问题

• RQ1 在双PDF框架中，‘双微扰分裂’图能否被清晰地分离为DPS贡献？
• RQ2 ‘交叉盒’图的截面是否包含dPDF模型所预测的 $[\log(Q^2/\Lambda^2)]^2/\sigma_{\text{eff}}$ 结构？
• RQ3 为何干涉与关联部分子贡献在未极化双部分子散射中存在，而在单部分子散射中不存在？
• RQ4 在未极化质子中，色荷与自旋关联在DPS截面中起什么作用？
• RQ5 干涉与关联部分子效应在现象学模型中可在多大程度上被量化？它们如何随尺度演化？

主要发现

• 在‘双微扰分裂’图中，DPS与非DPS贡献之间不存在自然分离，这动摇了双PDF方法的基础。
• dPDF模型所预测的 $[\log(Q^2/\Lambda^2)]^2/\sigma_{\text{eff}}$ 结构在完整截面计算中并未作为独立的DPS组分出现。
• 由于整体量子数守恒，即使在未极化的质子-质子碰撞中，干涉与关联部分子贡献在DPS截面中也是可能的。
• 色荷干涉图（如双Drell-Yan过程中的图）可产生显著贡献，因为质子重新形成条件仅约束量子数之和。
• 部分子对之间的自旋与色荷关联可导致非零矩阵元（例如 $\Delta q_1 \Delta q_2 \neq 0$），即使在未极化质子中亦然。
• 尽管具有理论重要性，干涉与关联部分子效应在现象学DPS研究中长期被忽视，亟需结合演化与输入模型开展更深入的系统研究。