[论文解读] The Total Cross Section at the LHC: Models and Experimental Consequences

J. R. Cudell|ArXiv.org|Nov 18, 2009

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 16被引用 3

一句话总结

本文评估了大型强子对撞机（LHC）上总质子-质子截面的理论模型，强调单位化方案与pomeron结构对预测结果有显著影响。研究显示，标准实验分析可能因对斜率t依赖性的错误假设以及对振幅实部的错误假设，引入高达10–15 mb的系统性误差，因此必须对这些可观测量进行精细化测量，才能实现1%的精度。

ABSTRACT

I review the predictions of the total cross section for many models, and point out that some of them lead to the conclusion that the standard experimental analysis may lead to systematic errors much larger than expected.

研究动机与目标

• 评估不同总截面理论模型对LHC实验预测的影响。
• 识别标准总截面测量中因对微分截面t依赖性及ρ参数的错误假设而产生的系统性误差。
• 评估单位化方案（尤其是具有饱和或eikonal单位化的双pomeron模型）对总截面预测的影响。
• 确定这些模型对在LHC上实现总截面测量1%精度的含义。
• 探讨复j平面上的多极点或双pomeron结构中，哪种更能准确描述软强子散射数据。

提出的方法

• 本文分析了多种模型，包括复j平面上的简单极点、双极点和三极点模型，以描述总截面。
• 利用COMPETE合作组整理的软强子散射数据集（pp、p̄p、π±p、K±p、γp、γγ），能量范围√s ≥ 4 GeV，对多种参数化形式进行拟合。
• 研究应用了如饱和方案和标准单通道eikonal等单位化方案，以确保高能预测中的部分波单位性。
• 通过使用具有Coulomb-核干涉的单位化双pomeron模型，模拟LHC类数据，采用标准分箱方式，然后执行标准分析以提取σ_tot。
• 将提取的σ_tot与输入模型值进行比较，以量化传统方法中的系统性偏差。
• 评估不同模型下斜率B和振幅实部（ρ）的t依赖性，尤其关注饱和方案中的表现。

实验结果

研究问题

• RQ1 不同pomeron模型（简单极点、多极点或双pomeron系统）如何影响LHC能量下总截面的预测？
• RQ2 标准实验假设中，将斜率B视为常数以及ρ参数较小，会在多大程度上导致总截面测量中的系统性误差？
• RQ3 eikonal或饱和等单位化方案对预测总截面及其能量依赖性有何影响？
• RQ4 是否可以使用一个具有硬pomeron（截距≈1.4）和弱耦合的双pomeron模型，既良好拟合软数据，又与LHC预测保持一致？
• RQ5 考虑到B和ρ的t依赖性具有模型依赖性，为实现σ_tot的1%精度，需要采取哪些实验校正措施？

主要发现

• COMPETE拟合结果显示，在√s = 10 TeV时，总截面预测值为84–112 mb；在14 TeV时为90–117 mb，基于χ²/每点 ≤ 1的参数化形式。
• 具有硬pomeron（截距≈1.4）和弱耦合（在√s < 200 GeV时≤7%）的双pomeron模型，能良好拟合软数据，并与深度非弹性散射（DIS）结果一致。
• 通过饱和或eikonal方案对双pomeron模型进行单位化后，总截面可高达150 mb，具体取决于所采用的方案。
• 标准实验分析方法因对B和ρ的t依赖性假设错误，系统性地高估了σ_tot，偏差约为10 mb（与亮度相关）或15 mb（与亮度无关）。
• 微分截面无法用e^{Bt}（B为常数）近似；斜率B和ρ参数表现出强烈的t依赖性，尤其在双pomeron模型中更为显著。
• 为实现σ_tot的1%精度，必须专门研究B和ρ的t依赖性，因为当前假设会导致显著的系统性偏差。