[论文解读] Higher-twist contributions to large pT hadron production in hadronic collisions

François Arleo, Stanley J. Brodsky+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 21, 2010

High-Energy Particle Collisions Research被引用 3

一句话总结

该论文提出，高阶 twist QCD 过程——即强子在硬散射过程中直接产生而非通过碎片化产生——可解释大-$p_\perp$ 强子产生中观测到的标度指数显著偏离 NLO QCD 预测的现象。研究表明，实验测得的强子标度指数（在高 $x_\perp$ 处 $n^{{\rm exp}} \simeq 8$）比 NLO 预测高出最多 $\Delta \simeq 2$，而即时光子和喷注的标度指数则与主导 twist 预测一致，表明强子产生中存在不可忽略的高阶 twist 贡献。

ABSTRACT

The scaling behavior of large-pT hadron production in hadronic collisions is investigated. A significant deviation from the NLO QCD predictions is reported, especially at high values of xT=2pT/sqrt(s). In contrast, the prompt photon and jet production data prove in agreement with leading-twist expectations. These results are interpreted as coming from a non-negligible contribution of higher-twist processes, where the hadron is produced directly in the hard subprocess. Predictions for scaling exponents at RHIC are successfully compared to PHENIX preliminary measurements. We suggest to trigger on isolated large-pT hadron production to enhance higher-twist processes, and point that the use of isolated hadrons as a signal for new physics at colliders can be affected by the presence of direct hadron production processes.

研究动机与目标

• 研究在强子碰撞中高 $x_\perp$ 条件下大-$p_\perp$ 强子产生中观测到的显著大标度指数的起源。
• 确定观测到的与 NLO QCD 预测的偏差是否源于高阶 twist 贡献，即强子在硬散射子过程内直接产生。
• 比较强子、即时光子和喷注在实验标度指数与 NLO QCD 预测之间的差异。
• 为 RHIC 和 LHC 的标度指数提供包含高阶 twist 效应的唯象学预测。
• 建议使用孤立触发作为增强和研究高阶 twist 强子产生过程的手段。

提出的方法

• 通过不同质心系能量下的 $x_\perp$-谱提取标度指数 $n^{{\rm exp}}$，利用关系式 $n^{{\rm exp}} \equiv -\ln(\sigma^{\rm inv}(x_\perp, \sqrt{s}_1)/\sigma^{\rm inv}(x_\perp, \sqrt{s}_2)) / \ln(\sqrt{s}_1/\sqrt{s}_2)$。
• 在固定 $p_\perp = 10$ GeV 条件下，计算各种强子种类（$\pi$，$K$，$p/\bar{p}$）的理论 NLO QCD 标度指数 $n^{{\rm NLO}}$。
• 通过平方根组合不确定度，评估偏差量 $\Delta = n^{{\rm exp}} - n^{{\rm NLO}}$ 以量化与主导 twist 预期的偏离程度。
• 利用实验数据拟合，预测 RHIC（$\sqrt{s} = 200, 500$ GeV）和 LHC（$\sqrt{s} = 7$ TeV）处的 $\Delta^{{\rm fit}}$，并与 PHENIX 的初步测量结果进行比较。
• 论文提出通过触发孤立的大-$p_\perp$ 强子来增强高阶 twist 贡献，因为孤立性可抑制主导 twist 碎片化过程。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何大-$p_\perp$ 强子的实验标度指数在高 $x_\perp$ 条件下显著超过 NLO QCD 预测？
• RQ2 高阶 twist 过程——即强子在硬散射子过程中直接产生——在观测到的标度行为中贡献程度如何？
• RQ3 为何即时光子和喷注产生数据与主导 twist 预期一致，而强子数据却不一致？
• RQ4 观测到的偏差是否可由阈值对数解释，还是必须引入高阶 twist 贡献？
• RQ5 如何利用孤立性标准在未来的对撞机实验中增强并探测高阶 twist 强子产生？

主要发现

• 在高 $x_\perp \simeq 1$ 处，强子的实验标度指数达到 $n^{{\rm exp}} \simeq 8$，显著超过 NLO QCD 预测值 $n^{{\rm NLO}} \simeq 6$。
• 偏差量 $\Delta = n^{{\rm exp}} - n^{{\rm NLO}}$ 随 $x_\perp$ 增大而增加，在最大 $x_\perp$ 区域达到 $\Delta \simeq 2$。
• 即时光子和喷注数据与 NLO 预测高度一致，$\Delta \simeq 0$，表明这些通道中高阶 twist 贡献可忽略。
• PHENIX 在 $\sqrt{s} = 500$ GeV 的初步测量结果与拟合得到的 $\Delta^{{\rm fit}}$ 预测吻合良好，验证了该模型在 RHIC 的适用性。
• 在 LHC（$\sqrt{s} = 7$ TeV）处，$\Delta^{{\rm fit}} \simeq 0.5$（在低 $x_\perp \lesssim 5 \times 10^{-3}$ 区域），表明由于更高的 $p_\perp$ 标度，与 NLO 预期的偏离较小。
• 提出通过孤立大-$p_\perp$ 强子来增强高阶 twist 信号，因为孤立性可有效抑制主导 twist 碎片化过程。