[论文解读] Hard scattering cross sections at LHC in the Glauber approach: from pp to pA and AA collisions

D. d’Enterria|ArXiv.org|Feb 14, 2003

High-Energy Particle Collisions Research被引用 40

一句话总结

本文将Glauber多散射模型应用于LHC能量下p+Pb与Pb+Pb碰撞中硬散射截面的预测，推导出相对于pp碰撞的不变产额的标度律。结果表明，在无核效应的情况下，硬过程产额分别与A（pA体系）线性标度，与AB（AA体系）二次标度，通过蒙特卡罗模拟核厚度函数，对√sNN = 5.5 TeV的Pb+Pb和8.8 TeV的p+Pb给出了明确的数值估计。

ABSTRACT

The scaling rules of the invariant yields and cross sections for hard scattering processes in proton-nucleus ($pA$) and nucleus-nucleus ($AB$) reactions at LHC energies relative to those of nucleon-nucleon $NN$ (isospin averaged $pp$) collisions are reviewed within the Glauber geometrical formalism. The number of binary inelastic collisions for different centrality classes in p+Pb and Pb+Pb collisions at $\sqrt{s_{NN}}$ = 8.8 TeV and 5.5 TeV respectively, as obtained from a Glauber Monte Carlo, are also given.

研究动机与目标

• 使用Glauber形式化方法，推导出相对于pp碰撞的pA与AA碰撞中硬散射截面的标度律。
• 量化在假设非相干二体NN碰撞的前提下，p+Pb与Pb+Pb碰撞中硬探针产额的预期增长。
• 为LHC能量下p+Pb与Pb+Pb碰撞提供平均核厚度函数与非弹性NN碰撞数的数值估计。
• 建立与Glauber模型比较的基准，识别由核效应（如遮蔽效应或能量损失）引起的偏差。

提出的方法

• 使用eikonal Glauber模型，通过核厚度函数TA(b)与重叠函数TAB(b)计算总非弹性截面。
• 对Glauber公式进行一阶展开，推导出pA碰撞的硬散射截面为∫d²b σNN^hard · T_A(b)，AA碰撞为∫d²b σNN^hard · TAB(b)。
• 采用Woods-Saxon参数化核密度分布，其中R_A = 1.19·A^{1/3} - 1.61·A^{-1/3} fm，表面厚度a = 0.54 fm，且归一化为∫d²b TA(b) = A。
• 通过蒙特卡罗模拟计算√sNN = 8.8 TeV与5.5 TeV下p+Pb与Pb+Pb碰撞的中心度依赖核厚度函数及非弹性NN碰撞数。
• 利用⟨T_A,AB⟩与⟨N_coll⟩作为关键因子，推导出在不同中心度区间内不变产额、截面与事例率的标度关系。
• 将理论预测与实验观测进行比较，突出显示偏离Glauber行为的信号，如Cronin增强或抑制等非Glauber效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Glauber模型下，pA与AA碰撞中的硬散射截面如何随体系尺寸A与AB标度？
• RQ2 在无核介质效应假设下，p+Pb与Pb+Pb碰撞在LHC能量下的最小bias硬探针产额预期为何？
• RQ3 在p+Pb与Pb+Pb碰撞中，不同中心度类别下的平均核厚度函数⟨T_Pb⟩与⟨T_PbPb⟩如何比较？
• RQ4 实验数据在高-pT粒子产生方面与Glauber模型预期的A^1与A^2标度偏差程度如何？
• RQ5 初态与末态核效应在多大程度上改变了硬过程产额的简单Glauber标度？

主要发现

• 在p+Pb碰撞中，最小bias硬散射截面与A线性标度，得到(σ_pA^hard)_MB ≈ A · σ_NN^hard。
• 在√sNN = 5.5 TeV的Pb+Pb碰撞中，平均核厚度函数为⟨T_Pb⟩_MB ≈ 0.96 fm⁻²，对应几何截面σ_pPb^geo ≈ 2162 mb。
• 在√sNN = 8.8 TeV的p+Pb碰撞中，假设无核效应，硬探针的不变产额预计约为pp碰撞的7.4倍。
• 基于Glauber蒙特卡罗模拟，最小bias p+Pb碰撞中的非弹性NN碰撞数估计为⟨N_coll⟩ ≈ 10.4。
• 该模型预测在无核效应时，pA碰撞中产额∝ A^1，AA碰撞中∝ A^2，但实验数据中α ≠ 1，表明存在初态或末态效应引起的偏差。
• 实验数据中偏离A^1与A^2标度的现象——如α > 1（Cronin效应）或α < 1（抑制）——表明存在Glauber非相干模型未能捕捉的核介质效应。