[論文レビュー] Description of the Totem experimental data on elastic pp-scattering at sqrt(s)=7 TeV in the framework of unified systematic of elastic scattering data

V. Uzhinsky, A. Galoyan|arXiv (Cornell University)|Nov 21, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、2次元フェルミ型衝突パラメータ分布から導かれた修正ベッセル関数に基づく振幅形を用いて、弾性陽子-陽子散乱の統一的物性モデルを提案する。このモデルは、1 GeV/c からテルアスエネルギーにまで及ぶppおよびp̄pデータを、χ²/ndf ≈ 1 でよく適合させ、√s = 7 TeVにおけるTOTEMデータを第2回折りたたみピークまで正確に記述し、他のLHCエネルギーにおける断面積を予測する。これは、高エネルギー核-核散乱におけるGlauber計算のための頑健なフレームワークを提供する。

ABSTRACT

An unified systematic of elastic (anti)proton-proton scattering data is proposed based on a simple expression for the process amplitude - f(q)=A[(πdq)/sh(πdq)][i J_1(Rq)/(Rq)+ρJ_0(Rq)]. The parameters R and d are obtained at a fitting of (anti)proton-proton experimental data on differential cross sections from Plab=1 GeV/c up to ISR energies. The fitting gives extra-ordinary good results, χ^2/NoF ~ 1 of below at |t|< 1.75 (GeV/c)^2. An extrapolation of the parameter's energy dependencies to the LHC energies allows excellent description of the Totem data up to the second diffraction maximum. Predictions for other LHC energies are presented also. The amplitude provides one with parameterizations of total and elastic cross sections. Its impact parameter representation corresponds to the 2-dimensional Fermi-function - 1/[1+exp((b-R)/d)], which is very useful for Glauber calculations of nucleus-nucleus cross sections at super high energies. It is shown for the first time that experimental high |t| elastic scattering has a weak energy dependency. This allows to describe high |t| tail of the Totem data.

研究の動機と目的

• 1 GeV/c からテルアスエネルギーにまで及ぶ広いエネルギー範囲における弾性ppおよびp̄p散乱を記述する統一的物性的フレームワークの構築を目的とする。
• 微分断面積データ、特に|t|が大きい領域を、1つの関数形で記述し、折りたたみ最小値と第2最大値の両方を捉えること。
• 超高エネルギーでの核-核散乱におけるGlauber計算と整合する全断面積および弾性断面積のパラメータ化を提供すること。
• |t|が大きい領域のデータが弱いエネルギー依存性を示すことを示し、LHCエネルギーへの一貫した外挿が可能であることを示すこと。
• √s = 7 TeVにおけるTOTEM実験データとの比較を通じて、モデルの予測能力を検証すること。

提案手法

• 2次元フェルミ型衝突パラメータ分布のフーリエ・ベッセル変換から導かれる複素振幅式 f(q) = A (πdq / sinh(πdq)) [i J₁(Rq)/(Rq) + ρ J₀(Rq) + ...] を使用する。
• Glauber計算を可能にする対称化フェルミ関数に対応する衝突パラメータ表現 γ(b) = 1 / [1 + exp((b - R)/d)] を適用する。
• Aおよびρを正規化および実部制御の自由パラメータとして扱い、1 GeV/c からテバトロンエネルギーまでの実験的微分断面積に、Rおよびdのモデルパラメータをフィットする。
• q = 0近傍の振幅の実部を記述するため、微分分散関係を用い、(πdq)²に比例する項を組み込む。
• Rおよびdのエネルギー依存性を√s = 7 TeVに外挿し、その予測をTOTEMデータと比較することでモデルを検証する。
• モデルの構造をレッジ場理論および強吸収モデルと比較し、特定の残留関数に関する仮定の下で、既知の物性論と整合することを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1 GeV/c からテルアスエネルギーにまで及ぶ広いエネルギー範囲における弾性ppおよびp̄p散乱データを、1つの解析的に単純な振幅形で記述可能か？
• RQ2 モデルは√s = 7 TeVにおけるTOTEMデータ、特に第2回折りたたみ最大値を正確に記述できるか？
• RQ3 パラメータRおよびdのエネルギー依存性は何か？ そして、LHCエネルギーへの信頼できる外挿が可能か？
• RQ4 モデルは微分断面積の|t|が大きい領域をどれほどよく記述できるか？ その領域は弱いエネルギー依存性を示す。
• RQ5 衝突パラメータ表現 γ(b) = 1 / [1 + exp((b - R)/d)] は、核-核散乱におけるGlauber計算のための妥当で有用な形式を提供するか？

主な発見

• 1 GeV/c からテバトロンエネルギーまでのデータにフィットする際、|t| < 1.75 (GeV/c)² の範囲で χ²/ndf ≈ 1 を達成しており、実験データと優れた一致を示している。
• 外挿されたモデルは、√s = 7 TeVにおけるTOTEMデータを高い精度で記述し、第2回折りたたみ最大値を含む予測能力を確認している。
• 微分断面積の|t|が大きい尾部は弱いエネルギー依存性を示しており、LHCエネルギーへのモデルの外挿を支持している。
• 衝突パラメータ分布 γ(b) = 1 / [1 + exp((b - R)/d)] は、重イオン物理学におけるGlauber計算のための頑健で有用な形式であることが示された。
• モデルの有効なインターセプトは1.28と推定され、レッジ場理論および物性的解析からの結果と整合している。
• 対称化2次元フェルミ関数から導かれた振幅の関数形は、指数関数的要因を双曲正弦関数に基づくスミアリング関数に置き換えることで、主なレッジ的寄与を再現する。