[论文解读] Multiplicity Distribution of Secondary Hadrons at LHC Energy and Total Cross Sections of Hadron-Hadron Interactions

V. A. Abramovsky, N. V. Radchenko|ArXiv.org|Dec 12, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 3

一句话总结

该论文提出了一种低部分子数模型（LCNM），用于解释LHC能量下质子-质子及质子-反质子碰撞中的多重分布与总截面。该模型区分了三种产生机制：胶子弦衰变（高斯多重分布）、两夸克弦衰变与三夸克弦衰变（负二项式多重分布），其中胶子弦贡献恒定于总截面，而夸克弦贡献随能量增长。在√s = 14 TeV时，该模型预测总截面为101.30 ± 6.65 mb，平均带电多重度为71.57 ± 4.37。

ABSTRACT

The multiple production processes of secondary hadrons in proton-antiproton scattering are divided into three types. The first type is a shower of secondary hadrons produced from gluon string decay, the second type is a shower of secondary hadrons produced from two quark strings decay and the third is a shower produced from three quark strings decay. At the same time there are only two types for proton-proton scattering - shower from gluon string and shower from two quark strings. These showers do not correspond to pomeron showers originating from cuts of one, two, three, ... pomerons. Multiplicity distribution in gluon string is Gaussian, in two and three quark strings it is negative binomial. Gluon string weight in the multiplicity distribution is determined by the constant contribution to total cross sections, the quark strings weights - by the growing with energy contributions. The expected value of proton-proton scattering total cross section and the multiplicity distribution at energy 14 TeV are given

研究动机与目标

• 为解决QCD模型在高能下总截面与多重分布方面存在的分歧。
• 解决观测到的异常现象，如σ_tot(π±p)/σ_tot(pp) ≈ 2/3与低Pomeranchuk轨迹斜率。
• 提出一种与Pomeron基模型不同的新强子产生机制。
• 预测在√s = 14 TeV下pp与p̄p散射的总截面与多重分布。
• 利用低能pp与p̄p碰撞的实验数据验证该模型。

提出的方法

• 将强子产生分为三类：胶子弦衰变（高斯多重分布）、两夸克弦衰变（负二项式分布）与三夸克弦衰变（负二项式分布）。
• 将胶子弦贡献建模为总截面中的常数项，而夸克弦贡献随能量增长。
• 利用中心极限定理，因存在大量相似费曼图，故胶子弦多重分布可合理近似为高斯分布。
• 对夸克弦衰变应用负二项式分布，其中形状参数为k，平均多重度为⟨n⟩。
• 通过卷积多个负二项式分布（如两个或三个弦）来建模组合多重度，保持负二项式形式。
• 将模型拟合至√s = 52.6–1800 GeV的实验数据，使用χ²/ndf评估拟合优度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高能下，pp与p̄p散射中的多重分布有何差异？其背后的机制是什么？
• RQ2 是否可在不依赖Pomeron基模型的前提下，解释观测到的总截面与多重分布？
• RQ3 胶子弦与夸克弦在塑造总截面与多重分布中分别起什么作用？
• RQ4 随着质心系能量增加，胶子弦与夸克弦衰变的贡献如何演化？
• RQ5 能否利用低能数据准确预测√s = 14 TeV下的多重度与截面？

主要发现

• 在√s = 14 TeV时，该模型预测pp散射的总截面为101.30 ± 6.65 mb。
• 在√s = 14 TeV时，平均带电多重度估计为71.57 ± 4.37。
• 由于中心极限定理，胶子弦衰变的多重分布呈高斯分布。
• 两夸克与三夸克弦衰变的多重度遵循负二项式分布，其参数随弦的数量线性增长。
• 该模型在√s = 52.6–1800 GeV的实验数据上拟合良好，χ²/ndf值范围为4/26至120/115，表明拟合结果合理。
• 该模型的非弹性过程与Pomeron基机制不同，其源于价夸克与低数量辐射胶子之间的色荷交换。