[论文解读] Toward Description of $pp$ and $p{ m C}$ Interactions at High Energies: Problems of Fritiof-based Models

V. Uzhinsky|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2014

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 5被引用 3

一句话总结

本文利用 NA61/SHINE 和 NA49 实验数据，评估了基于 Fritiof 的模型（Fritiof 1.6、Fritiof 7.0、UrQMD 3.3 和 HIJING 1.383）在描述高能 $pp$ 和 $p{\rm C}$ 相互作用中的表现。结果表明，UrQMD 无法再现 $\pi^{-}$ 产额的能量依赖性，而 Fritiof 模型对 $\pi^{-}$ 产额的预测偏低约 10%，HIJING 模型则高估约 10%；通过调整 fragmentation 参数和弹性散射截面可改善一致性，但所有模型在质子谱和低质量弹性散射方面仍表现不佳。

ABSTRACT

How do the models (Fritiof 1.6, Fritiof 7.0, UrQMD 3.3 and Hijing 1.383) describe experimental data of NA61/SHINE and NA49 Collaborations on $pp$ and $p{ m C}$ interactions at high energies? An answer on this question is given in the paper. It is shown that the UrQMD model does not reproduce the energy dependence of $π^-$ meson production in $pp$-interactions; the Fritiof 1.6 and the Fritiof 7.0 models underestimate the meson production on $\sim$ 10 %; the Hijing model overestimates the data on $\sim$ 10 %. A change of a LUND fragmentation function parameter in the Fritiof models 1.6/7.0 allows to describe the data. A decreasing of probabilities of binary processes in the UrQMD model like $p+p ightarrow N+N'$ and so on, allows one to describe the data, thus a problem of a correct accounting of the processes arises. An increasing of a probability of the single diffraction dissociation in the Hijing model from 35 % to 50 % allows to describe the data, though a spectrum of masses produced in the diffraction is not satisfactory. A description of the diffraction is a problem in all the models.

研究动机与目标

• 利用精确的实验数据评估基于 Fritiof 的模型（Fritiof 1.6、Fritiof 7.0、UrQMD 3.3、HIJING 1.383）在描述高能 $pp$ 和 $p{\rm C}$ 相互作用中的性能。
• 识别这些模型在粒子产额模拟中的系统性缺陷，特别是 $\pi^{-}$ 和质子快速度谱的表现。
• 研究单弹性散射和二体相互作用截面在模型与实验数据偏差中的作用。
• 探索参数调优策略（如调整 LUND fragmentation 参数和弹性散射概率）对提升与实验谱一致性的影响。
• 评估核内级联过程和去激发机制对 $p{\rm C}$ 相互作用中质子谱预测的影响。

提出的方法

• 将 Fritiof 1.6、Fritiof 7.0、UrQMD 3.3 和 HIJING 1.383 模型的预测结果与 NA61/SHINE 和 NA49 实验在 20–158 GeV/c 能区下 $pp$ 和 $p{\rm C}$ 相互作用中 $\pi^{-}$、$\pi^{\pm}$、$K^{\pm}$、质子和反质子快速度分布的高精度实验数据进行比较。
• 对 Fritiof 模型中的 LUND fragmentation 函数参数进行调优，以改善与 $\pi^{-}$ 产额数据的一致性。
• 调整 UrQMD 中的二体相互作用概率（如 $p+p\rightarrow N+N'$），以减少过量产额并改善能量依赖性。
• 将 HIJING 中的单弹性散射概率从 35% 提高至 50%，以匹配实验数据，同时评估所得质量谱的质量。
• 在调优后的 Fritiof 1.6 模型中引入基于 Reggeon 理论的去激发模型（RTIM），以改善 $p{\rm C}$ 相互作用中质子谱的描述。
• 分析单弹性散射中的 $t$-依赖性和质量平方分布，以评估模型在低质量弹性散射区域的表现。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 20–158 GeV/c 能区下，基于 Fritiof 的模型在 $pp$ 相互作用中对 $\pi^{-}$ 介子产额能量依赖性的描述有多准确？
• RQ2 UrQMD 和 Fritiof 模型为何无法正确描述 $\pi^{-}$ 快速度谱？调整 LUND fragmentation 参数是否能解决此问题？
• RQ3 在 HIJING 中将单弹性散射截面增大后，与实验数据的一致性改善程度如何？其在质量谱上的局限性是什么？
• RQ4 为何所有模型在目标碎片化区域对质子谱的描述均不理想？核内级联过程和去激发机制能否改善这一问题？
• RQ5 模型对 $p{\rm C}$ 相互作用的预测与实验数据相比如何？在较低能量下，调优是否具有显著影响？

主要发现

• UrQMD 3.3 无法再现 $pp$ 相互作用中 $\pi^{-}$ 产额的能量依赖性，仅在 158 GeV/c 时巧合地与数据一致。
• Fritiof 1.6 和 Fritiof 7.0 模型在所有能量下均对 $\pi^{-}$ 产额低估约 10%，通过调优 LUND fragmentation 参数可予以修正。
• HIJING 1.383 对 $\pi^{-}$ 产额高估约 10%，但当单弹性散射概率从 35% 提高至 50% 后，一致性得到改善。
• 调优后的 Fritiof 1.6 模型通过抑制核内级联中的去激发过程，成功描述了 $p{\rm C}$ 相互作用中质子谱，特别是在目标区域。
• 所有模型在低质量弹性散射区域均无法正确模拟，$t$-依赖性和质量谱的一致性差，表明当前模型实现中存在根本性局限。
• 在调优后的 Fritiof 1.6 变体中引入基于 Reggeon 理论的去激发模型（RTIM）后，$p{\rm C}$ 相互作用中质子谱的描述得到改善，但因 $pp$ 相互作用中的未解决问题，中央区域仍描述不佳。