[论文解读] Possible difference between multiplicity distributions and inclusive spectra of secondary hadrons in proton-proton and proton-antiproton collisions at energy sqrt(s)=900 GeV

V. A. Abramovsky, N. V. Radchenko|ArXiv.org|Dec 5, 2009

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 5被引用 3

一句话总结

本文提出，在 √s = 900 GeV 条件下，质子-质子（pp）与质子-反质子（p¯p）碰撞中，次级强子的多重性分布和包含性赝快度谱存在差异，这是由于低 constituent 数量模型（LCNM）中非弹性次过程的不同所致。该模型将差异归因于 p¯p 碰撞中存在三种基本次过程（胶子弦、两 quark 弦与三 quark 弦），而 pp 碰撞中仅有两种（胶子弦与两 quark 弦），导致在包含性截面每重叠多重性区间中出现可测量的差异，尤其在中高多重性区域更为显著。

ABSTRACT

We consider QCD based model of hadrons interaction in which gluons density in wave function of initial state is low in rapidity space and real hadrons are produced by decay of color field strings. Hadrons production processes in pp and p antip interactions differ on principle. There are three types of inelastic processes in p antip collision. The first type is production of secondary hadrons shower from decay of gluon string. The second type is shower produced from decay of two quark strings and the third one -- from decay of three quark strings. At the same time there are only two types of inelastic processes for pp collision, they are shower from gluon string and shower from two quark strings. Therefore multiplicity distributions and inclusive spectra of secondary hadrons are different in pp and p antip interactions, and this difference may be observed at energy sqrt(s)=900 GeV.

研究动机与目标

• 研究在 √s = 900 GeV 条件下，pp 与 p¯p 碰撞中次级强子的多重性分布与包含性谱是否存在差异。
• 挑战传统假设，即由于普遍的 pomeron 冲击贡献，多重产生特性在 pp 与 p¯p 相互作用中完全相同。
• 探讨低 constituent 数量模型（LCNM）对强子产生的影响，强调基本非弹性次过程的差异。
• 为 √s = 900 GeV 条件下 pp 与 p¯p 碰撞在不同电荷多重性区间内的包含性赝快度分布提供定量预测。
• 评估这些差异在即将开展的 LHC 数据中是否可观测，特别是考虑到早期 ALICE 实验在该能量下的局限性。

提出的方法

• 本研究采用基于 QCD 的低 constituent 数量模型（LCNM），其中强子通过色场弦的衰变产生，且初始态波函数中快速度空间内的胶子密度较低。
• 基本非弹性次过程通过费曼式图进行建模：在 pp 碰撞中，两种次过程贡献（胶子弦与两 quark 弦的衰变）；在 p¯p 碰撞中，三种次过程贡献（胶子弦、两 quark 弦与三 quark 弦的衰变）。
• 该模型假设在高能下非真空 reggeon 贡献可忽略，且多重部分子相互作用（MPI）并非主导机制——相反，差异源于不同的弦形成动力学。
• 利用 LCNM 预测 √s = 900 GeV 条件下 pp 的多重性，而 p¯p 的多重性分布则取自 UA5 实验数据 [1]。
• 包含性赝快度分布通过如下关系计算：dσincl_pp / dη = (n̄_pp^(i) / n̄_p¯p^(i)) × dσincl_p¯p / dη，其中 n̄_pp^(i) 与 n̄_p¯p^(i) 分别为 pp 与 p¯p 在每个区间内的平均多重性。
• 包含性截面的比值由每区间平均多重性的比值推导得出，假设非单 diffractive（nsd）截面在两种系统中相等，这是基于 Pomeranchuk 定理。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 √s = 900 GeV 条件下，pp 与 p¯p 碰撞中次级强子的多重性分布与包含性谱是否因基本非弹性次过程的不同而存在差异？
• RQ2 在 LCNM 框架下，pp 中贡献的次过程为两个，而 p¯p 中为三个，这种差异是否会导致包含性截面中可观测的偏差？
• RQ3 在特定多重性区间内，特别是中高多重性区域，包含性赝快度谱的差异是否可观测？
• RQ4 在相同质心系能量下，LCNM 对 pp 碰撞的预测与 p¯p 碰撞相比，偏离程度如何？
• RQ5 在不同多重性区间内，包含性截面的比值是否可作为区分 √s = 900 GeV 条件下 pp 与 p¯p 相互作用的清晰可观测量？

主要发现

• LCNM 预测在 √s = 900 GeV 条件下，pp 与 p¯p 碰撞的多重性分布存在显著差异，pp 的峰值更高、尾部更短，而 p¯p 的尾部更长。
• 每区间平均多重性的比值 n̄_pp^(i) / n̄_p¯p^(i) 在不同区间中变化：在 2 ≤ n ≤ 10 区间为 1.31 ± 0.01，下降至 62 ≤ n ≤ 70 区间的 0.74 ± 0.02，表明在高多重性区域主导性发生反转。
• 在 62 ≤ n ≤ 70 区间，pp 的包含性赝快度分布相对于 p¯p 系统被系统性抑制，抑制因子为 0.74 ± 0.02，使其成为关键可观测量窗口。
• 在 62 ≤ n ≤ 70 多重性区间，包含性截面比值 dσincl_pp / dη / (dσincl_p¯p / dη) 预测为 0.74 ± 0.02，表明存在可测量且非平凡的偏离。
• 差异在中高多重性区域（n ≥ 62）最为显著，此时比值低于 1，表明在此能量下 pp 与 p¯p 的谱线不可互换。
• 整体包含性分布（对所有多重性求和）的差异不那么明显，这是由于 pp 中高主峰与低尾部贡献与 p¯p 中的贡献相互抵消所致。