[论文解读] From hard to soft high-energy pp interactions

A. D. Martin, M. G. Ryskin+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 10, 2011

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

一句话总结

本文通过将原本仅适用于硬过程的微扰QCD部分子级联方法扩展至软和半硬区域，提出了一种高能pp相互作用的统一描述。该方法基于多 Pomeron 交换和由 Pomeron-Pomeron 相互作用诱导的有效红外截断 $k_{\rm sat}$，成功描述了LHC在总截面、非弹性截面和弹性截面方面的数据，对Pomeron截距和斜率参数具有重要启示。

ABSTRACT

We discuss how the main features of high-energy `soft' and `semihard' pp collisions may be described in terms of parton cascades and multi-Pomeron exchange. The interaction between Pomerons produces an effective infrared cutoff, k_sat, by the absorption of low k_t partons. This provides the possibility of extending the parton approach, used for `hard' processes, to also describe high-energy soft and semihard interactions. We outline a model which incorporates these features. Finally, we discuss what the most recent LHC measurements in the soft domain imply for the model.

研究动机与目标

• 在单一部分子框架下统一描述软和硬高能pp相互作用。
• 通过BFKL动力学和多Pomeron交换（含吸收效应）解释从硬物理到软物理的过渡。
• 引入由Pomeron-Pomeron相互作用产生的有效红外截断 $k_{\rm sat}$，恢复级联中的 $k_t$-排序。
• 将模型与近期LHC测量的总截面、非弹性截面和弹性截面进行对比检验。
• 基于新数据优化Pomeron截距 $\Delta$ 和斜率 $\alpha'_{\rm P}$ 等参数。

提出的方法

• 在 $\ln(1/x)$ 空间使用BFKL演化描述高能pp碰撞中的胶子级联。
• 通过eikonal近似建模软相互作用，采用 $T_{ik} = (1 - e^{-\Omega/2})$ 形式。
• 引入增强的多Pomeron图（如三 Pomeron 顶点）以描述部分子吸收和 $k_{\rm sat}$ 截断。
• 从Pomeron-Pomeron相互作用引入动力学红外截断 $k_{\rm sat}$，抑制低 $k_t$ 部分子。
• 将模型应用于包括粒子多重数和 $dN/d\eta$ 平台增长在内的包括过程，通过 $n_P$ 个Pomeron交换实现。
• 以LHC测量的 $\sigma_{\rm tot}$、$\sigma_{\rm inel}$、$\sigma_{\rm el}$ 和弹性斜率 $B_{\rm el}$ 校准模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 BFKL部分子方法能否通过多Pomeron交换平滑地延伸至软区域？
• RQ2 Pomeron-Pomeron相互作用如何在部分子级联中生成有效红外截断 $k_{\rm sat}$？
• RQ3 LHC对 $\sigma_{\rm tot}$、$\sigma_{\rm inel}$ 和 $\sigma_{\rm el}$ 的测量在多大程度上约束了Pomeron截距 $\Delta$ 和斜率 $\alpha'_{\rm P}$？
• RQ4 该模型能否在不引入奇胶球交换的前提下，解释观测到的 $d\sigma_{\rm el}/dt$ 形状，包括在 $-t = 0.53$ GeV$^2$ 处的下凹？
• RQ5 低质量弹性散射在总非弹性截面中起什么作用？它如何影响模型的参数调整？

主要发现

• 该模型预测在 $\sqrt{s} = 7$ TeV 时，$\sigma_{\rm inel}^{{\rm low}M} \simeq 10$ mb，超过杜伦模型的7 mb预测。
• LHC数据表明Pomeron截距更高，$\Delta \simeq 0.35 - 0.4$，与QCD Pomeron而非软Reggeon一致。
• TOTEM在7 TeV下测得 $\sigma_{\rm tot} = 98.3$ mb，要求杜伦模型提高 $\Delta$，表明需增加该参数。
• TOTEM测得的弹性斜率 $B_{\rm el} = 20$ GeV$^{-2}$ 暗示 $\alpha'_{\rm P} \lesssim 0.1$ GeV$^{-2}$，需重新引入Pomeron轨迹斜率。
• 在大 $|t|$ 区域，观测到的 $d\sigma_{\rm el}/dt \propto 1/t^8$ 无法由三胶子交换解释，从而排除该机制。
• 在 $-t = 0.53$ GeV$^2$ 处pp弹性截面的下凹并非由奇胶球交换引起，因为CERN-ISR数据对奇胶球效应施加了强限制。