[论文解读] Target Fragmentation in $pp$, $ep$ and $γp$ Collisions at High Energies

U. D’Alesio, Hans J. Pirner|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 1998

High-Energy Particle Collisions Research被引用 32

一句话总结

本文利用核子的介子云模型研究了高能 $pp$、$ep$ 和 $\gamma p$ 碰撞中的目标碎片化，重点分析前向中子产生。应用高能 Glauber 理论计算吸收修正（屏蔽效应），发现 $pp$ 和真实光致产生中由于再散射导致的因子化破坏显著，而在 $Q^2 > 10\,\text{GeV}^2$ 的深度非弹性散射中效应较弱但不可忽略，挑战了从 $\gamma^*p\to nX$ 数据提取π介子结构函数的普适性。

ABSTRACT

We calculate target fragmentation in $p p o n X$ and $γp o n X $ reactions in the meson cloud picture of the nucleon. The $p p o n X$ reaction is used to fix the $pnπ^+$ form factor for three different models. We take into account the possible destruction of the residual neutron by the projectile. Using the form factor from the hadronic reaction we calculate photoproduction and small $x_{Bj}$ electroproduction of forward neutrons at HERA. Here the $q \bar q$ dipoles in the photon can rescatter on the residual neutron. In photoproduction we observe slightly less absorption than in the hadronic reaction. For deep inelastic events ($Q^2>10$ GeV$^2$) screening is weaker but still present at large $Q^2$. The signature for this absorptive rescattering is a shift of the $dσ/dE_n$ distribution to higher neutron energies for photofragmentation.

研究动机与目标

• 评估半微量中子产生中因子化假说在 $pp$、$ep$ 和 $\gamma p$ 碰撞中的有效性。
• 通过介子云模型和 Glauber 理论量化目标碎片化中的吸收修正（屏蔽）效应。
• 确定强子束流依赖的再散射对从 $\gamma^*p\to nX$ 数据提取 pion 结构函数 $F_2^{\pi^+}$ 的影响。
• 比较强子 ($pp$)、真实光致产生 ($\gamma p$) 和深度非弹性散射 ($\gamma^*p$) 过程中吸收效应的强度。
• 通过考虑末态相互作用，改进解释 HERA 实验中领先中子产生数据的理论框架。

提出的方法

• 使用一交换π介子模型描述 $ap\to nX$ 反应，将微分截面因子化为通量因子与 $a\pi^+$ 总截面的乘积。
• 应用高能 Glauber 理论计算 $pp$、$\gamma p$ 和 $\gamma^*p$ 反应的屏蔽修正（吸收效应），建模光子中 $q\bar{q}$ 电 dipole 在剩余中子上的再散射。
• 通过拟合 $pp\to nX$ 中的 $pn\pi^+$ 形因子，提取参数 $R_{lc}^2 = 0.2\,\text{GeV}^{-2}$ 和 $R_c^2 = 0.05\,\text{GeV}^{-2}$，采用 Skyrme 类型形因子与切比雪夫多项式。
• 将断裂函数 $M_2(x_{\rm Bj}, Q^2, z)$ 计算为中子通量与 pion 结构函数 $F_2^{\pi}$ 的乘积，并通过 Altarelli-Parisi 方程演化。
• 比较 $pp$、$\gamma p$ 和 $\gamma^*p$ 反应中的 $K$-因子（吸收导致的抑制因子），以评估因子化破坏程度。
• 利用 dipole 图像和颜色透明性概念，解释中子能量分布的 $z$-依赖性及其因不同吸收效应引起的位移。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 $pp$ 和 $\gamma p$ 碰撞中，吸收修正在多大程度上使 $\gamma^*p\to nX$ 的因子化假说失效？
• RQ2 在 $Q^2 > 10\,\text{GeV}^2$ 条件下，$pp$、真实光致产生与深度非弹性散射中 $K$-因子（屏蔽修正）有何差异？
• RQ3 与强子反应相比，吸收效应在光致产生中对 $d\sigma/dE_n$ 分布的定量影响如何？
• RQ4 $M_2(x_{\rm Bj}, Q^2, z)$ 的 $Q^2$-演化能否由 pion 结构函数演化与高阶扭曲屏蔽效应共同解释？
• RQ5 提取的形因子参数（$R_{lc}^2$、$R_c^2$）如何影响从 HERA 数据提取 $F_2^{\pi^+}$ 的可靠性？

主要发现

• 对于 $pp\to nX$，当 $z < 0.8-0.9$ 时，$K$-因子比 1 小约 30%，表明由于末态吸收导致显著的因子化破坏。
• 在真实光致产生 ($\gamma p\to nX$) 中，吸收修正略小于 $pp$ 反应，但仍显著，导致中子能量谱出现可测量的位移。
• 在 $Q^2 > 10\,\text{GeV}^2$ 的深度非弹性散射中，屏蔽效应较弱但依然存在，$K$-因子偏离 1，表明存在残余的因子化破坏。
• $M_2(x_{\rm Bj}, Q^2, z)$ 的 $Q^2$-演化在较高 $Q^2$ 时主要由 Altarelli-Parisi 演化主导，而较低 $Q^2$ 时高阶扭曲屏蔽效应更为重要。
• 从 $pp$ 数据中提取的形因子参数为 $R_{lc}^2 = 0.2\,\text{GeV}^{-2}$ 和 $R_c^2 = 0.05\,\text{GeV}^{-2}$，但需更精确的 $p_t$-谱测量以减小不确定性。
• 真实与虚拟光子反应中中子能量分布的观测位移归因于不同的吸收效应，为区分这些贡献提供了潜在的实验信号。