[论文解读] Large t diffractive rho-meson photoproduction with target dissociation in ultraperipheral pA and AA collisions at LHC

L. Frankfurt, M. Strikman+1 more|ArXiv.org|Dec 6, 2006

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 9被引用 3

一句话总结

本论文提出利用LHC上质子-核（pA）和核-核（AA）超外围碰撞中大动量转移t的衍射ρ-介子光致产生过程，结合快速度间隙，探测在宽广能量范围（10³ < s < 10⁶ GeV²）内小尺寸二极子部分子散射截面的能量依赖性，其覆盖范围比HERA高出一个数量级（10倍）。研究结果表明，重离子碰撞中核物质A依赖性与抑制效应可直接揭示致密核物质中黑盘区的起始及高阶扭曲效应。

ABSTRACT

We demonstrate that study of large t vector meson photoproduction with rapidity gaps in ultraperipheral proton-ion and ion-ion collisions at LHC would allow to investigate the energy dependence of cross section of elastic scattering of a small dipole off the parton over a wide range of energies $10^3 &lt; s_{dipole - parton} &lt; 10^6 GeV^2$ where this cross section is expected to change by a factor $\ge 20$. The accessible energy range exceeds the one reached at HERA by a factor of 10 both in $γp$ and in $γA$ scattering. In addition, study of A-dependence of this process will allow to determine the t range where interaction of small dipoles gives the dominant contribution and to investigate effects of absorption for the propagation of ultrarelativistic small $q\bar q$ dipoles through the nuclear media and probe in a novel way onset of the black disk regime.

研究动机与目标

• 研究在HERA无法探测的大-t区域中，小尺寸二极子部分子散射截面的能量依赖性。
• 通过光致产生率的A依赖性，探测核介质中从色透明到色不透明的转变过程。
• 利用pA和AA超外围碰撞中的快速度间隙过程，研究高能QCD中黑盘区的起始。
• 通过可观测截面变化，检验二极子-核相互作用中主导阶与高阶扭曲效应的相互作用。

提出的方法

• 基于色二极子图像与向量主导模型，对LHC能量下pA和AA超外围碰撞中大-t衍射ρ-介子光致产生过程进行建模。
• 通过夸克与胶子弹性散射振幅的非相干叠加计算截面，采用依赖于t的二极子截面。
• 应用Glauber-Gribov多重散射与核遮蔽修正，以考虑致密核物质中的吸收效应。
• 对衰变系统质量MX施加两种运动学约束：MX ≤ 0.1Wγp，或在高能区固定MX ≤ 5 GeV，以模拟实际探测条件。
• 比较冲破近似（色透明）与完整Glauber-Gribov方法（包含吸收）的结果，以分离高阶扭曲效应。
• 利用LHC亮度（例如，ArAr为1 μb⁻¹s⁻¹，PbPb为10⁻³ μb⁻¹s⁻¹）估算计数率，评估实验可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC可探测的动量转移t较大的区域，小尺寸二极子部分子散射振幅的能量依赖性如何演化？
• RQ2 大-t ρ-介子光致产生伴随快速度间隙的A依赖性如何？其如何揭示从色透明到色不透明的转变？
• RQ3 核遮蔽与多重散射在重离子超外围碰撞中对截面的抑制程度如何？其依赖于t的程度如何？
• RQ4 主导阶与高阶扭曲效应的相互作用在截面的快速度间隙与t依赖性中如何体现？
• RQ5 能否通过这些过程中截面的t与A依赖性探测黑盘区的起始？

主要发现

• LHC在超外围碰撞中的能量范围使二极子-部分子散射的可探测s范围比HERA扩展了10倍，覆盖10³ < s < 10⁶ GeV²。
• 对于PbPb碰撞，由于多重散射与遮蔽效应，核抑制可使截面降低一个数量级以上（达十倍以上）。
• 即使存在强烈屏蔽，预计在-t ~ 10 GeV²范围内仍可探测到可观测的产生率，从而研究屏蔽效应随t增大而减弱的机制。
• 截面的A依赖性揭示了不同区域：低t时为软动力学，中等t时为色透明，高Wγp时为色不透明。
• 引入Glauber-Gribov修正后，截面显著低于冲破近似结果，凸显了高阶扭曲效应的重要性。
• 理论计数率足够高（例如，在-t = 5 GeV²时，PbPb的截面约为~10⁻³ μb⁻¹s⁻¹），足以支持对二极子-核相互作用的详细实验研究。