[论文解读] Total, inelastic and (quasi-)elastic cross sections of high energy pA and gamma-A reactions with the dipole formalism

Gösta Gustafson, Leif Lönnblad+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2015

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 64被引用 4

一句话总结

本文利用DIPSY二极子模型计算了高能pA和γ⋆A碰撞中的总截面、非弹性截面以及（准）弹性截面，该模型结合了BFKL动力学、饱和效应与色荷干涉。研究发现，pA截面近似与核面积成比例，而γ⋆A截面则更接近与A线性比例，色相干效应使γ⋆Au截面降低约10%，凸显了未来电子-离子对撞机在探测初始态动力学方面的价值。

ABSTRACT

In order to understand the initial partonic state in proton-nucleus and electron-nucleus collisions, we investigate the total, inelastic, and (quasi-)elastic cross sections in pA and gamma-A collisions, as these observables are insensitive to possible collective effects in the final state interactions. We used as a tool the DIPSY dipole model, which is based on BFKL dynamics including non-leading effects, saturation, and colour interference, which we have extended to describe collisions of protons and virtual photons with nuclei. We present results for collisions with O, Cu, and Pb nuclei, and reproduce preliminary data on the pPb inelastic cross section at LHC by CMS and LHCb. The large NN cross section results in pA scattering that scales approximately with the area. The results are compared with conventional Glauber model calculations, and we note that the more subtle dynamical effects are more easily studied in the ratios between the total, inelastic and (quasi-)elastic cross sections. The smaller photon interaction makes the gamma-A collisions more closely proportional to A, and we see here that future electron-ion colliders would be valuable complements to the pA collisions in studies of dynamical effects from correlations, coherence and fluctuations in the initial state in high energy nuclear collisions.

研究动机与目标

• 理解高能pA和γ⋆A碰撞中初始态部分子构型，独立于末态集体性。
• 研究饱和、色荷干涉与涨落如何影响总截面、非弹性截面以及（准）弹性截面。
• 将DIPSY模型结果与传统Glauber模型计算进行比较，以分离动力学效应。
• 评估电子-离子对撞机在探测初始态关联与相干效应方面的潜力。
• 将DIPSY二极子模型扩展至核靶，并与LHC pPb数据进行验证。

提出的方法

• 将基于BFKL动力学（含非主导项修正）、饱和与色荷干涉的DIPSY二极子模型扩展至描述pA和γ⋆A碰撞。
• 通过二极子图像描述高能散射，其中入射子涨落为色荷二极子态，并与靶核相互作用。
• 应用Good–Walker形式化方法，通过入射子与靶的本征态分解描述边缘激发与准弹性过程。
• 在影响参数空间中计算截面，并通过多重散射的指数重求和保证幺正性。
• 利用总截面、非弹性截面与（准）弹性截面的比值，以分离相干与涨落等微弱动力学效应。
• 将结果与Glauber模型预测进行比较，突出由部分子关联与干涉引起的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 pA和γ⋆A碰撞中的总截面、非弹性截面以及（准）弹性截面如何随核尺寸A与虚拟性Q²变化？
• RQ2 不同核子中部分子之间的色相干效应在多大程度上抑制γ⋆A截面？
• RQ3 DIPSY模型对pPb非弹性截面的预测与CMS和LHCb的LHC初步数据相比如何？
• RQ4 截面比值为何比单个截面更能清晰揭示动力学效应？
• RQ5 在决定pA与γ⋆A截面标度行为时，饱和效应与干涉效应的相对重要性如何？

主要发现

• pA截面近似与核面积（R_A + R_p）²成比例，表明高能碰撞中存在一个黑心区域。
• γ⋆A截面近似与A线性成比例，但在低Q²与大A时偏离A标度更明显，这是由于色相干效应增强所致。
• 不同核子中胶子之间的色相干效应使γ⋆Au截面降低约10%，这是一种非平凡的量子效应，仅能通过精确测量探测。
• DIPSY模型成功再现了LHC关于pPb非弹性截面的初步数据，验证了其对初始态动力学的描述能力。
• 总截面、非弹性截面与（准）弹性截面的比值对涨落与相干等动力学效应比单个截面更敏感。
• 该模型表明，未来电子-离子对撞机将能更优越地探测高能核碰撞中初始态关联与量子相干性。