[论文解读] Threshold scans in Central Diffraction at the LHC

M. Boonekamp, J. Cammin+2 more|ArXiv.org|Apr 21, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文提出在大型强子对撞机（LHC）的中心衍射双胶球（pomeron）或光子交换过程中，利用罗马盆探测器进行阈值扫描，以高精度测量重粒子质量。结果表明，顶夸克质量测量可实现亚1 GeV的精度，而W玻色子的产生则可作为探测器的校准工具。

ABSTRACT

We propose a new set of measurements which can be performed at the LHC using roman pot detectors. The method exploits excitation curves in central diffractive pair production, and is illustrated using the examples of the W boson and top quark mass measurements. Further applications are mentioned.

研究动机与目标

• 开发一种新颖的方法，利用单独和包含的双胶球交换（DPE）过程，在大型强子对撞机（LHC）上测量重粒子质量。
• 通过W玻色子对产生阈值扫描校准并验证罗马盆探测器的性能。
• 通过研究包含的DPE顶夸克对产生及其对部分子分布的敏感性，探究胶球的结构。
• 探索阈值扫描在测量超对称粒子质量（如停止和超底夸克）方面的潜力，特别是在单个DPE事例中。
• 通过双光子交换过程中的W⁺W⁻产生，研究规范玻色子自相互作用中的异常耦合。

提出的方法

• 利用单个和包含的双胶球交换（DPE）过程，在中心衍射事例中产生重粒子对（如W⁺W⁻、t\bar{t}）。
• 采用理论截面计算，包括γγ → W⁺W⁻（QED）和胶球-胶球 → t\bar{t}（QCD）过程，考虑光子通量和快速度间隙存活因子。
• 应用两种拟合方法——“开启”法和“直方图”法——从阈值附近的激发曲线中提取粒子质量。
• 模拟探测器效应并应用运动学截断，以分离出在罗马盆探测器中测量到完整质子的中心衍射事例。
• 使用蒙特卡罗生成器（DPEMC、POMWIG、Bialas-Landshoff模型）模拟单个和包含的DPE事例，并比较缺失质量分布。
• 分析阈值扫描对胶球中部分子分布函数的敏感性，特别是在高动量分数（β）区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 在中心衍射W⁺W⁻产生中进行阈值扫描，能否为大型强子对撞机（LHC）的罗马盆探测器提供精确校准？
• RQ2 在高亮度条件下，通过单个DPE事例测量顶夸克质量的精度能达到多高？
• RQ3 包含的DPE t\bar{t}事例如何约束高动量分数下胶球中的胶子密度？
• RQ4 阈值扫描方法能否区分DPE中可分解与不可分解的胶球结构模型？
• RQ5 在双光子交换过程中，W⁺W⁻产生对W玻色子自相互作用中的异常耦合的探测灵敏度如何？

主要发现

• 通过阈值扫描测量W玻色子质量可作为罗马盆探测器的稳健校准工具，尽管其精度不如标准方法。
• 通过单个DPE事例测量顶夸克质量，在高亮度条件下可实现优于1 GeV的精度，使该方法与传统技术具有竞争力。
• 包含的DPE t\bar{t}产生中的缺失质量分布对胶球中的胶子密度敏感，不同部分子分布拟合（如拟合1与拟合2）表现出明显不同的形状。
• 阈值扫描方法可通过缺失质量谱的差异，区分DPE中的可分解（POMWIG）与不可分解（Bialas-Landshoff）模型。
• 如果这些粒子存在并在大型强子对撞机（LHC）中成对产生，单个DPE过程中的停止和超底夸克的产生是可行的测量通道。
• 双光子交换过程中的W⁺W⁻产生对异常W耦合高度敏感，因为截面依赖于耦合强度的四次方。