[论文解读] Fundamental problems with hadronic and leptonic interactions

P. V. Landshoff|ArXiv.org|Mar 9, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 6

一句话总结

本文挑战了高能强子与轻子相互作用中的基础假设，认为单位性约束和小x区域的DGLAP演化理解不足，导致LHC总截面预测存在巨大不确定性——范围在90至160 mb之间。作者批评了eikonal模型和DGLAP的应用，主张采用Regge拟合结构函数更为可靠，并指出由于硬Pomeron和三胶子交换贡献，LHC能量下大t区域的弹性散射截面可能出乎意料地大。

ABSTRACT

Common beliefs about unitarity are not reliable, and we do not know how to apply DGLAP evolution at small x. Together with the big discrepancy between the measurements of the total cross section at the Tevatron, a consequence is that the cross section at the LHC could be anywhere between 90 and 160 mb.

研究动机与目标

• 评估高能强子与轻子散射中基本假设的可靠性，特别是单位性和DGLAP演化。
• 识别在LHC预测总截面时存在的理论与实际限制。
• 评估eikonal模型和小x区域DGLAP演化在部分子密度提取中的有效性。
• 探讨由于硬Pomeron和三胶子交换机制，LHC能量下大t区域的弹性散射是否可能显著。
• 调和Tevatron测量结果与理论预期之间的差异，特别是pp散射中不存在凹陷的现象。

提出的方法

• 使用eikonal形式化方法通过χ(s,b)建模单位性，近似为单Pomeron交换，尽管承认其在双Pomeron交换中不足。
• 在动量空间中应用DGLAP演化方程，强调分裂函数中z较小时的1/z奇异性导致发散。
• 通过假设部分子密度按x^{-ε}缩放，提出一种改进的DGLAP方法，当ε > 0时可实现微扰展开。
• 在影响参数空间中构建一个现象学振幅模型，包含单软Pomeron交换、硬Pomeron交换、双Pomeron交换（IIP IIP）以及三胶子（ggg）交换。
• 将该模型拟合至Tevatron能量下的pp和p̄p弹性散射数据，调整参数以重现凹陷结构并抑制非物理发散。
• 将拟合后的振幅外推至LHC能量，估算总截面，并比较包含与不包含双Pomeron贡献的模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Pomeron交换背景下，单位性在强子与轻子散射振幅中能在多大程度上被可靠应用？
• RQ2 为何DGLAP演化在小x区域在数学和物理上存在问题，这又如何影响部分子密度的提取？
• RQ3 eikonal模型能否准确描述双Pomeron交换，还是由于质子波函数中缺失相关性而本质上不充分？
• RQ4 pp弹性散射在中间t区域出现的凹陷现象如何解释，为何在p̄p散射中却不存在？
• RQ5 在LHC能量下，pp散射中大t区域的弹性截面可能有多大，何种机制可能驱动此类行为？

主要发现

• 由于单位性和DGLAP演化中未解决的理论不确定性，LHC的总截面预测范围在90至160 mb之间。
• 在振幅模型中引入双Pomeron交换后，预测的总截面从160 mb降至125 mb，表明存在显著的理论不确定性。
• 包含单软与硬Pomeron交换、双Pomeron交换及ggg交换的模型能良好拟合Tevatron数据，包括pp散射中的凹陷结构及其在p̄p散射中的缺失。
• 由于硬Pomeron和三胶子交换的贡献随能量迅速增长，LHC能量下大t区域的弹性散射可能出乎意料地大。
• 由于分裂函数在小z区域的发散，DGLAP演化在Q² < 5 GeV²时无法可靠应用，导致小x区域标准微扰展开失效。
• 单位性不约束虚拟光子-质子散射中的F₂(x,Q²)，因为单位性关系在该情形下不以与强子散射相同的方式成立。