[论文解读] Rapidity gap survival probability and total cross sections

A. D. Martin, V. A. Khoze+1 more|ArXiv.org|Oct 20, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用 8

一句话总结

本论文研究了在LHC能量下，$pp \to p+A+p$过程中的快速度间隙存活概率，重点分析了来自软散射的吸收效应。采用eikonal和增强散射模型，预测总截面约为90 mb，Higgs玻色子通过$H \to b\bar{b}$衰变产生的间隙存活概率为$\langle S^2 \rangle \approx 0.02$，尽管形式体系不同，但多种理论框架下结果一致。

ABSTRACT

We discuss recent calculations of the survival probability of the large rapidity gaps in exclusive processes of the type pp --> p+A+p at high energies. Absorptive or screening effects are important, and one consequence is that the total cross section at the LHC is predicted to be only about 90 mb.

研究动机与目标

• 评估LHC能量下$pp \to p+A+p$过程中大快速度间隙的存活概率。
• 评估软部分子散射引起的吸收和屏蔽效应对于单独截面的影响。
• 比较不同理论模型——杜伦、特拉维夫和基于二极管的方法——在间隙存活和总截面方面的预测。
• 解决间隙存活因子计算中的差异，特别是关于增强图和Sudakov抑制的问题。
• 利用现有的Tevatron和HERA关于单个$\gamma\gamma$、二胶子和$J/\psi$产生的数据，验证理论模型。

提出的方法

• 使用eikonal模型，通过Good-Walker的弹性散射和低质量质子激发的衍射本征态，考虑弹性散射和低质量质子激发。
• 应用多-Pomeron图和Reggeon技术，对高质质量质子分解和屏蔽修正进行建模。
• 在$\mu \sim M_A/2$处使用非对称的未积分胶子密度$f_g(x_1,x_1',Q_t^2,\mu^2)$，计算硬过程矩阵元。
• 将间隙存活概率$\langle S^2 \rangle$计算为eikonal $\langle S^2_{\text{eik}} \rangle$和增强$\langle S^2_{\text{enh}} \rangle$因子的乘积，包含$b$-依赖性。
• 通过拟合固定目标、CERN-ISR和Tevatron数据中的$\sigma_{\text{tot}}$、$d\sigma_{\text{el}}/dt$和$d\sigma_{\text{SD}}/dM^2$，验证模型。
• 比较微扰QCD、Sudakov形式因子和二极管模型的结果，关注对数精度和尺度依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC能量下，$pp \to p+A+p$过程中大快速度间隙的存活概率是多少？吸收效应如何影响它？
• RQ2 eikonal和增强散射贡献如何影响通过$H \to b\bar{b}$衰变产生的Higgs玻色子截面？
• RQ3 为何某些模型预测了较大的增强图修正，但实验中未观测到？
• RQ4 不同理论框架——eikonal、多-Pomeron、二极管——在$\langle S^2 \rangle$和总截面预测上的一致程度如何？
• RQ5 Tevatron和HERA数据能否可靠地约束LHC上预测单个Higgs玻色子产生的模型？

主要发现

• LHC上的总截面预测约为90 mb，尽管形式体系不同，但多种模型结果一致。
• 对于Higgs玻色子产生，eikonal间隙存活概率$\langle S^2_{\text{eik}} \rangle$约为0.02，主要由软部分子散射引起。
• 微扰QCD中的增强图修正较大，但被更高圈级的多-Pomeron贡献所补偿，从而降低净抑制。
• 二极管模型确认$S^2$具有微弱的能量依赖性，从Tevatron到LHC能量仅减少约2.5倍。
• 使用一环Sudakov修正和$\mu = 0.62 M_A$的微扰QCD模型达到单对数精度，与显式计算一致。
• 理论预测具有鲁棒性，与Tevatron和HERA数据一致，支持其外推至LHC能量。