[论文解读] Production of gluon jets in pp collisions by double pomeron exchange in the Landshoff-Nachtmann model

Adam Bzdak|ArXiv.org|Apr 19, 2004

High-Energy Particle Collisions Research被引用 7

一句话总结

本文使用 Landshoff-Nachtmann 的两胶子交换模型对 pomeron 的描述，计算了质子-质子碰撞中通过双 pomeron 交换产生胶子喷注的截面。推导了高横向动量下胶子对产生的矩阵元，与夸克-反夸克对产生结果进行比较，并在 Regge 极限下对双 pomeron 交换导致的弹性喷注产生提供了定量估计，有助于改进通过双 pomeron 交换产生 Higgs 玻色子的预测。

ABSTRACT

Using the Landshoff-Nachtmann two-gluon exchange model of the pomeron, the double pomeron exchange contribution to production of gluon pairs in the central region of rapidity is calculated. The results are compared with those for production of quark-antiquark pairs.

研究动机与目标

• 在 Landshoff-Nachtmann 模型下，计算双 pomeron 交换对质子-质子碰撞中胶子喷注产生过程的贡献。
• 通过研究更简单的类比过程，减少通过双 pomeron 交换产生 Higgs 玻色子的理论不确定性。
• 比较胶子喷注产生截面与夸克-反夸克对产生截面，以获得对弹性喷注产生的完整估计。
• 使用非微扰胶子传播器和 Sudakov 参数化，评估在 $t_1 = t_2 = 0$ 时两个胶子产生的矩阵元。
• 在振幅计算中引入三夸克质子结构，并考虑色 singlet pomeron 交换的影响。

提出的方法

• 采用 Landshoff-Nachtmann 模型，其中 pomeron 表示为碰撞质子中夸克线之间的两个非微扰胶子交换。
• 对双 pomeron 交换的 12 个费曼图进行评估，利用 Regge 轨迹行为，在 $t_1 = t_2 = 0$ 时简化为三个主导图。
• 对夸克和胶子的动量应用 Sudakov 参数化，其中 $p_1^2 = p_2^2 = 0$，并通过 delta 函数 $\delta(q_1^2)\delta(q_2^2)$ 施加壳上条件。
• 使用非微扰胶子传播器 $D(p^2) = D_0 \exp(p^2/\mu^2)$，其中 $\mu \approx 1$ GeV，计算矩阵元 $M_{fi}^{(3)}$ 和 $M_{fi}^{(4)}$。
• 使用 $\gamma$-矩阵结构进行颜色和旋量收缩，极化矢量满足 $\varepsilon_i r_i = \varepsilon_i p_1 = 0$，且 $\sum_\lambda \varepsilon_i^\mu \varepsilon_i^\nu = -g^{\mu\nu} + \cdots$。
• 通过在 $\vec{v}^2/\tau$ 上应用指数阻尼，对横动量 $\vec{v}$ 的积分进行近似，从而得到矩阵元的闭合表达式。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 Landshoff-Nachtmann 模型下，质子-质子碰撞中通过双 pomeron 交换产生两个高横向动量胶子喷注的截面是多少？
• RQ2 在相同框架下，胶子喷注产生的振幅与夸克-反夸克对产生的振幅在数量上如何比较？
• RQ3 非微扰胶子传播器和双胶子交换机制在决定中心弹性喷注产生振幅中的作用是什么？
• RQ4 Regge 轨迹参数 $\alpha(t) = 1 + \epsilon + \alpha' t$，其中 $\epsilon \approx 0.08$，$\alpha' = 0.25$ GeV$^{-2}$，如何影响振幅的缩放？
• RQ5 色 singlet pomeron 交换对弹性喷注产生总截面的贡献是什么？

主要发现

• 在 $t_1 = t_2 = 0$ 时，通过双 pomeron 交换产生胶子对的矩阵元推导为 $M_{fi}^{(4)} = -A\frac{4}{12}\delta_{s,c}^{if}\delta_{uw}\pi\tau s \varepsilon_1\varepsilon_2$，代表来自双胶子交换图的主导贡献。
• 矩阵元 $M_{fi}^{(3)}$ 表示为对横动量 $\vec{v}$ 的积分，其中 $f(\vec{v})$ 依赖于动量和极化矢量，并通过在 $\vec{v}^2/\tau$ 上的指数阻尼进行评估。
• 通过使用非微扰胶子传播器 $D(p^2) = D_0 \exp(p^2/\mu^2)$，其中 $G^2 D_0 \approx 30$ GeV$^{-1}$ GeV$^{-1}$，以及耦合常数 $g$ 和 $G$，构建了完整的振幅。
• 通过 $\delta_{s,c}^{if}\delta_{uw}$ 计算了颜色结构，表明末态为色 singlet，且振幅包含因子 $\int d^2\vec{v} \exp(-\vec{v}^2/\tau)$，适用于 $t_1 = t_2 = 0$ 极限。
• 所得振幅的缩放行为为 $\left(s/s_1\right)^{\alpha_2-1}\left(s/s_2\right)^{\alpha_1-1}$，与 Regge 行为一致，其中 $\alpha_1 = 1 + \epsilon + \alpha' t_1$，$\alpha_2 = 1 + \epsilon + \alpha' t_2$。
• 该框架使得能够与夸克-反夸克对产生进行直接比较，为 Landshoff-Nachtmann 模型中双弹性喷注总截面的估计提供了统一基础。