[论文解读] The long road from Regge poles to the LHC

Vittorio Del Duca, Lorenzo Magnea|arXiv (Cornell University)|Dec 14, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 44被引用 4

一句话总结

本文追溯了Regge理论从复角动量分析的起源到高能物理中现代应用的发展历程，尤其聚焦于微扰非阿贝尔 gauge 理论和 LHC 物理现象学中的应用。它展示了 Regge 轨迹和高能散射振幅如何支撑对总截面和多喷注产生过程的关键预测，并通过重整化高能对数成功拟合 LHC 数据。

ABSTRACT

The Regge limit of gauge-theory amplitudes and cross sections is a powerful theory tool for the study of fundamental interactions. It is a vast field of research, encompassing perturbative and non-perturbative dynamics, and ranging from purely theoretical developments to detailed phenomenological applications. It traces its origins to the proposal of Tullio Regge, almost sixty years ago, to study scattering phenomena in the complex angular momentum plane. In this very brief contribution, we look back to the early days of Regge theory, and follow a few of the many strands of its development, reaching to present day applications to scattering amplitudes in non-abelian gauge theories.

研究动机与目标

• 追溯 Regge 理论从量子力学势散射中的起源到量子场论中现代应用的历史发展。
• 阐明 Regge 理论如何为理解非微扰强子谱学与非阿贝尔 gauge 理论中的微扰散射振幅提供统一框架。
• 展示 Regge 理论在描述 LHC 上总强子截面和多喷注产生方面的现象学相关性。
• 强调 Regge 理论在实现高能 QCD 过程中快速度对数的全阶次重求和中的作用。
• 表明基于 Regge 的模型，包括有效弦理论和 AdS/QCD，对于非微扰强相互作用动力学仍具相关性。

提出的方法

• 使用 Regge 轨迹分析，将量子力学中的束缚态与复角动量平面上的散射振幅联系起来。
• 将 Gribov-Regge 理论应用于相对论性量子场论，利用交叉对称性和洛伦兹不变性来约束高能振幅。
• 采用 Lipatov 方法推导非阿贝尔 gauge 理论中的微扰高能行为，尤其针对 $N=4$ SYM 和 QCD。
• 利用有效 Reggeon 交换模型，通过幂律形式 $\sigma^{\rm tot}_{ab} = X_{ab} s^{\alpha} + Y_{ab} s^{\beta}$ 参数化总强子截面。
• 应用高能喷注（HEJ）框架，对快速度中的主导对数进行重求和，从而实现对高二喷注不变质量下多喷注截面的精确预测。
• 将理论预测与 LHC 实验数据进行比较，包括 ATLAS 对 $W$+jets 产生过程的测量，以验证基于 Regge 的重求和技术。

实验结果

研究问题

• RQ1 Regge 轨迹如何从量子力学和场论中散射振幅的解析结构中浮现？
• RQ2 Gribov-Regge 理论以何种方式统一了规范理论中非微扰强子谱学与微扰高能散射？
• RQ3 基于 Regge 的模型如何描述总强子截面在多个能量量级下的能量依赖性？
• RQ4 Regge 理论在多喷注产生过程中对快速度对数的全阶次重求和能力在多大程度上得以实现？
• RQ5 Regge 理论在连接弦理论、有效场论与现代 LHC 物理现象学中扮演何种角色？

主要发现

• 线性上升的 Regge 轨迹对介子和重子共振谱提供了极佳的拟合效果，如通过实验数据和基于 AdS/QCD 的模型对 $\rho$ 介子和 $\Delta^*$ 重子的拟合所示。
• Donnachie-Landshoff 对总截面的参数化形式 $\sigma^{\rm tot}_{ab} = X_{ab} s^{\alpha} + Y_{ab} s^{\beta}$，其中 $\alpha \simeq 0.08$ 且 $\beta \simeq -0.45$，成功描述了质子-质子和质子-反质子的实验数据，包括早期 LHC 测量结果。
• 高能喷注（HEJ）框架在领先对数精度下引入 Regge 贡献，能够准确预测高二喷注不变质量下的 $W$+jets 截面，其结果与 ATLAS 在高质质量区的数据高度一致。
• Regge 理论实现了多喷注产生过程中快速度对数的全阶次重求和，这是高亮度 LHC 物理现象学实现高精度预测的关键要素，尤其在统计不确定性随亮度提升而减小的背景下。
• 相同的有效 Regge 轨迹参数（$\alpha \simeq 0.08$，$\beta \simeq -0.45$）可描述多种不同过程，表明能量依赖性主要由交换粒子的性质决定，而非初始强子本身。
• Regge 理论仍是现代高能物理中的核心理论工具，其根源深植于弦理论，并在非微扰和微扰 QCD 中持续保持相关性。