[论文解读] Fluctuations and the rapidity dependence of charged particles spectra in fixed centrality bins in p$A$ collisions

Larry McLerran, Michał Praszałowicz|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2015

High-Energy Particle Collisions Research被引用 4

一句话总结

该论文提出，质子饱和动量的涨落可解释大型强子对撞机（LHC）中质子-核子（p$A$）碰撞中快速度相关的带电粒子谱，其涨落分布基于色玻璃凝聚态（CGC）非线性演化方程。该模型与ATLAS和ALICE实验数据高度吻合，尤其在中快速度区域表现优异，表明质子与核子的饱和尺度均发生涨落，从而导致可观测的粒子多重性变化。

ABSTRACT

We argue that large fluctuations in the saturation momentum are necessary to explain the ATLAS and ALICE data on pA collisions measured at the LHC. Using a form for the distribution of fluctuations motivated by theoretical studies of the non-linear evolution equations for the Color Glass Condensate, we find a remarkably good agreement between theory and the measured distributions. If the saturation momentum fluctuates, we argue that the cross section for a proton probe should also fluctuate, consistent with previous observations. Finally we discuss these results and their possible consistency with what is known about multiplicity fluctuations in such collisions, and attempts to describe the ridge effect from properties of the initial state.

研究动机与目标

• 解决理论模型与大型强子对撞机（LHC）中质子-核子（p$A$）碰撞带电粒子谱实验数据之间的差异。
• 探究质子饱和动量的涨落是否可解释固定中心度区间内粒子多重性的快速度依赖性。
• 检验质子截面因饱和尺度涨落而发生涨落的假设，该假设与基于CGC的模型一致。
• 提供一个现象学框架，将饱和尺度涨落与p$A$碰撞中可观测的多重性分布联系起来。

提出的方法

• 假设质子的饱和动量$Q_s$发生涨落，通过$\sigma \propto \ln^2(Q_s^2 / \Lambda^2)$导致质子截面发生涨落。
• 采用基于非线性CGC演化方程及统计物理类比的$\ln Q_s^2$涨落分布。
• 将涨落的饱和动量应用于计算p$A$碰撞中带电粒子的快速度分布，假设满足几何标度且中快速度区域占主导。
• 将所得粒子谱与ATLAS和ALICE在固定中心度区间的数据进行比较，重点关注$2 < \eta < 2.7$区域。
• 引入一种平均多重性服从负二项分布（NBD）的模型，与胶子云基模型一致。
• 忽略大快速度抑制效应和局部核结构影响，专注于中快速度区域的可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 质子饱和动量的涨落能否解释大型强子对撞机（LHC）中p$A$碰撞观测到的快速度依赖性带电粒子谱？
• RQ2 饱和尺度的涨落如何影响p$A$碰撞中的截面与多重性分布？
• RQ3 观测数据是否与涨落的$Q_s$模型一致？该模型是否优于标准CGC或伤痕核子模型？
• RQ4 此类涨落的能量依赖性与快速度行为如何？它们如何影响几何标度？
• RQ5 观测到的多重性涨落是否可与质子胶子密度变化及喷注产生概率变化相关联？

主要发现

• 具有涨落质子饱和动量的模型在固定中心度区间内对ATLAS和ALICE的带电粒子谱数据提供了极佳的拟合效果。
• 在$\ln Q_s^2$中涨落分布的宽度较大——比近期一项分析结果高出1.5倍以上——表明质子饱和尺度存在显著变化。
• 饱和动量$Q_s$的涨落导致质子截面相应涨落，与ATLAS中心度分析中采用的Glauber-Gribov方法一致。
• 该模型成功解释了多重性的快速度依赖性，尤其在中快速度区域（$2 < \eta < 2.7$），数据支持较大的涨落。
• 结果与深度非弹性散射中不存在扩散标度的现象一致，因为涨落主要与快速度无关。
• 该模型表明，质子的胶子含量随多重性变化，意味着高多重性事件探测的是质子中更高密度区域。