[论文解读] Partonic description of soft high energy pp interactions

A. D. Martin, V. A. Khoze+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2012

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 2被引用 3

一句话总结

本文通过将BFKL Pomeron框架扩展至包含多Pomeron交换并引入由Pomeron-Pomeron吸收产生的有效红外截断 $k_{\text{sat}}$，提出了一种软和半硬质子-质子相互作用的统一部分子描述。该模型成功描述了LHC在总截面和非弹性截面方面的数据，预测Pomeron intercept为 $\Delta \sim 0.35$，并与测量的快度分布及双色散截面有良好一致性。

ABSTRACT

We discuss how the main features of high-energy `soft' and `semihard' pp collisions may be described in terms of parton cascades and multi-Pomeron exchange. The interaction between Pomerons produces an effective infrared cutoff, k_sat, by the absorption of low k_t partons. This provides the possibility of extending the parton approach, used for `hard' processes, to also describe high-energy soft and semihard interactions. We outline a model which incorporates these features. Finally, we discuss what the most recent LHC measurements in the soft domain imply for the model.

研究动机与目标

• 通过基于BFKL动力学的单一部分子框架，统一描述软和硬高能pp相互作用。
• 通过引入eikonal化吸收修正的多Pomeron交换，解释LHC能量下总截面和非弹性截面的观测增长行为。
• 通过交换Pomeron的数量 $n_P$ 随能量增加来解释快度分布的平台行为。
• 通过Pomeron-Pomeron相互作用引入的有效红外截断 $k_{\text{sat}}$，稳定BFKL级联在软区域的行为。
• 将模型与最近LHC对总截面、双色散和弹性散射的测量结果进行对比验证。

提出的方法

• 使用包含next-to-leading-logarithmic $(1/x)$ 修正的BFKL方程，描述 $\ln(1/x)$ 演化中的胶子级联，将微扰QCD方法扩展至软区域。
• 将QCD Pomeron建模为非有序 $k_t$ 辐射的梯形图之和，形成质子内部的小尺寸‘热点’。
• 通过eikonal模型引入多Pomeron交换，其中 $T_{ik} = (1 - e^{-\Omega/2})$，$\Omega/2$ 表示总的Pomeron交换振幅。
• 通过三通道eikonal模型引入吸收修正，对Pomeron轨迹和形式因子采用参数化形式。
• 将模型应用于描述 $d\sigma_{\text{el}}/dt$、总截面和非弹性截面，包括向全快度覆盖的外推。
• 使用三重Pomeron顶点结合再散射修正，描述高质​​量双色散衰变，与ATLAS对 $d\sigma/d\Delta\eta$ 的数据进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 BFKL Pomeron框架能否扩展至描述软和半硬pp相互作用，而不仅限于硬过程？
• RQ2 多Pomeron交换和吸收修正如何解释LHC能量下总截面和非弹性截面的观测能量依赖性？
• RQ3 有效红外截断 $k_{\text{sat}}$ 在稳定软区域BFKL级联中的作用是什么？
• RQ4 LHC对总截面和双色散的测量在多大程度上支持所提出的部分子模型？
• RQ5 eikonal化多Pomeron模型在多大程度上能准确描述快度分布的平台行为以及弹性散射的 $t$-依赖性？

主要发现

• BFKL Pomeron intercept 在小 $k_t$ 的广泛范围内稳定在 $\Delta \sim 0.35$，表明微扰QCD在软区域的稳健延伸。
• 该模型与LHC对总截面（TOTEM测量值 $\sigma_{\text{tot}} \approx 73.5$ mb）和非弹性截面（ATLAS/CMS测量值 $\sigma_{\text{inel}} \approx 69.4$ mb）的数据高度一致，包括向全快度的外推。
• ATLAS和CMS测量的非弹性截面表明 $\sigma_{\text{inel}}^{\text{high}M} \approx 64$ mb，剩余 $\sigma_{\text{inel}}^{\text{low}M} \approx 9.5$ mb 用于低质量双色散，与模型预测的 $8.2$ mb 一致。
• 包含吸收修正的三重Pomeron模型成功描述了ATLAS对大快度间隙事件的 $d\sigma/d\Delta\eta$ 数据，证实了高质​​量双色散衰变的作用。
• 在Pomeron轨迹中引入π介子圈使总截面减少1 mb（降至96.4 mb），凸显了将 $d\sigma_{\text{el}}/dt$ 外推至 $t=0$ 时的不确定性。
• 未来在 $t=0$ 附近更精确的弹性测量，特别是借助零度量能器等前向探测器，将减小 $\sigma_{\text{tot}}$ 的不确定性，并可能需要更新 $\Delta_{\text{bare}}$。