[论文解读] Long-range multiplicity correlations in proton-proton collisions

Adam Bzdak|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2009

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 2被引用 4

一句话总结

本文提出了一种质子-质子碰撞中软强子产生的双源模型，其中向左和向右运动的伤损核子独立产生强子，包括显著的后向半球贡献。该模型成功再现了在 $\sqrt{s} = 200$ GeV 下 UA5 $p\bar{p}$ 碰撞的前后向多重性相关性数据，而单源模型则无法做到，表明长程相关性源于伤损核子的非对称强子发射。

ABSTRACT

The forward-backward long-range multiplicity correlations in proton-proton collisions are investigated in the model with two independent sources of particles: one left- and one right-moving wounded nucleon. A good agreement with the UA5 collaboration proton-antiproton data at the c.m. energy of 200 GeV is observed. For comparison the model with only one source of particles is also discussed.

研究动机与目标

• 使用双源强子产生模型解释 pp 碰撞中长程前后向多重性相关性。
• 检验在 $\sqrt{s} = 200$ GeV 下 UA5 $p\bar{p}$ 数据中观测到的相关性是否可由独立向左和向右运动的伤损核子发射强子来解释。
• 将双源模型与单源模型（例如，一个贯穿两个核子的弦）进行比较，评估其与实验数据的一致性。
• 研究函数关系 $\langle n_B \rangle|_{n_F}$，即给定前向多重性时的平均后向多重性，并评估其线性或非线性特征。
• 确定模型预测对伤损核子碎片函数参数不确定性的敏感度。

提出的方法

• 构建联合生成函数 $H(z_B, z_F)$，以描述前向（$F$）和后向（$B$）伪快度区间内强子多重性的联合概率分布。
• 通过在 $z_B = z_F = 1$ 处对 $H$ 求导，推导出相关系数 $b$ 和条件平均 $\langle n_B \rangle|_{n_F}$ 的解析表达式。
• 使用从 PHOBOS $d$-$Au$ 实验在 $\sqrt{s} = 200$ GeV 下提取的伤损核子碎片函数，该函数表现出强烈的前向峰化和显著的后向半球馈电。
• 将双源模型应用于 UA5 $p\bar{p}$ 前后向相关性数据，通过拟合参数 $k$、$\bar{n}$ 和 $p$ 以匹配测量的相关强度和函数依赖关系。
• 与单源模型进行比较，该模型假设所有强子均来自一个中心源，使用相同的碎片函数但不考虑左右核子的独立发射。
• 通过在实验误差范围内改变参数 $k$（与多重性涨落相关）来量化不确定性，生成图中的误差带以反映不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 $\sqrt{s} = 200$ GeV 下，pp 碰撞中的长程前后向多重性相关性是否可由伤损核子产生的两个独立源来解释？
• RQ2 双源模型是否能再现相关系数 $b$ 随伪快度区间分离的变化趋势？
• RQ3 该模型对 $\langle n_B \rangle|_{n_F}$ 函数依赖关系的描述有多好？是否预测了与线性的偏离？
• RQ4 单源模型（所有强子来自一个中心源）是否与 UA5 数据一致？
• RQ5 模型预测对碎片函数参数（尤其是 $k$）的不确定性有多敏感？

主要发现

• 具有独立发射的双源模型在 $\sqrt{s} = 200$ GeV 下与 UA5 $p\bar{p}$ 前后向相关性数据高度一致。
• 该模型成功再现了相关系数 $b$，其随伪快度区间分离增加而线性抑制，这种抑制源于对向半球强子产生率的降低。
• 函数关系 $\langle n_B \rangle|_{n_F}$ 被模型良好描述，其预测显示出微小但非线性的偏离，这些偏离处于当前实验精度范围内。
• 单源模型与数据明显不一致，尤其在再现 $b$ 随区间分离变化的趋势方面表现不佳。
• 通过拟合得到的模型参数——如 $\bar{n} \approx 17.4$、$k \approx 3.7 \pm 0.3$ 和 $p \approx 0.7$——在多个伪快度区间内均与实验数据一致。
• 对 $\langle n_B \rangle|_{n_F}$ 的函数拟合中的二次项为负（当 $n_F < 40$ 时，$c \approx -0.0045$），表明存在曲率，这与量子统计方法的定性预期一致。