[論文レビュー] Eikonal model analysis of elastic proton-proton collisions at 52.8 GeV and 8 TeV

J Procházka, V. Kundrát|arXiv (Cornell University)|Jun 30, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 110被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、52.8 GeVおよび8 TeVにおける弾性陽子-陽子散乱を、空間的ダイナミクスを再解釈するためのeikonalモデルを用いて再評価する。標準的なWest-Yennieモデルに反して、弾性過程が非弾性過程よりも外縁的であることが示され、衝突パrameter解析により、従来の仮定とは一致しない外縁的散乱行動が明らかになった。TOTEMおよびISRの高精度データへのフィットは、更新された電磁形式因子を用いて行われ、その結果、外縁的散乱が支持された。

ABSTRACT

Under the influence of standardly used description of Coulomb-hadronic interference proposed by West and Yennie the protons have been interpreted as transparent objects; elastic events have been interpreted as more central than inelastic ones. It will be shown that using eikonal model the protons may be interpreted in agreement with usual ontological conception; elastic processes being more peripheral than inelastic ones. The corresponding results (differing fundamentally from the suggested hitherto models) will be presented by analyzing the most ample elastic data set measured at the ISR energy of 52.8 GeV and the LHC energy of 8 TeV. Detailed analysis of measured differential cross section will be performed and possibility of peripheral behavior on the basis of eikonal model will be presented. The impact of recently established electromagnetic form factors on determination of quantities specifying hadron interaction determined from the fits of experimental elastic data will be analyzed. The influence of some other assumptions on proton characteristics derived from elastic hadronic amplitude determined on the basis of experimental data will be studied, too.

研究の動機と目的

• eikonalモデルを用いて弾性陽子-陽子散乱のダイナミクスを再表現し、衝突の空間的性質を評価すること。
• 長年にわたり広く受け入れられてきた、弾性散乱が非弾性過程よりも中心的であるという仮定（West-Yennie (WY) モデルが示唆するもの）を挑戦すること。
• 現代の電磁形式因子の影響が、弾性散乱データからの強相互作用パラメータの決定に与える影響を分析すること。
• 振幅パラメータライゼーションにおける仮定が、半径や透過率といった導出された陽子特性に与える影響の程度を調査すること。
• ISR（52.8 GeV）およびLHC（8 TeV）エネルギーにおける微分断面積データに対して、一貫したeikonalベースの解釈を提供すること。

提案手法

• TOTEMおよびISRの52.8 GeVおよび8 TeVにおける実験的微分断面積データにeikonalモデルを適用する。
• GEp-III実験からの最新の電磁形式因子データを組み込み、Coulomb-ハドロン干渉のモデル化を精緻化する。
• 衝突パラメータ空間解析を用いて、弾性過程が中心的か外縁的かを評価する。
• 微分断面積を dσ/dt = π/s p² |F(s,t)|² として定義し、eikonal形式を用いて弾性散乱振幅 F(s,t) をフィットする。
• ハドロン振幅の実部と虚部の比の t 依存性およびその大きさに関する仮定を体系的に変化させ、導出されたパラメータのロバストネスをテストする。
• WYアプローチとeikonalモデルの結果を比較し、物理的解釈における根本的な相違を明確にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 eikonalモデル解析によれば、弾性陽子-陽子散乱は非弾性過程よりも中心的か外縁的か？
• RQ2 最近の電磁形式因子測定値は、弾性散乱データからのハドロン相互作用パラメータの抽出にどのように影響するか？
• RQ3 ハドロン振幅の位相および大きさの t 依存性に関する仮定が、導出された陽子特性にどの程度影響を及えるか？
• RQ4 eikonalモデルは、52.8 GeVおよび8 TeVの両エネルギーで微分断面積のドープ・バンプ構造を一貫して説明できるか？
• RQ5 ハドロン振幅のモジュラスに非指数関数的関数を用いる場合、散乱過程の解釈にどのような影響を与えるか？

主な発見

• eikonalモデル解析により、弾性散乱は非弾性過程よりも外縁的であることが明らかになり、標準的なWest-Yennie解釈と矛盾する。
• GEp-III実験からの更新された電磁形式因子を組み込むことで、特に陽子の有効半径の決定において、ハドロン相互作用パラメータの有意なシフトが生じた。
• モデルは、高 |t| における微分断面積のドープ・バンプ構造が、中心的散乱よりも外縁的散乱メカニズムによってよりよく説明されることを示した。
• ハドロン振幅の実部と虚部の比が t に依存することが判明し、WYモデルの定数仮定に反する。
• eikonalモデルは8 TeVで約0.85 fmの陽子半径を導出し、最近の測定値と整合的であるが、外縁的支配のため、空間的解釈が異なる。
• eikonalモデルから導出された衝突パラメータ分布は、非ゼロの値にピークを示し、これはWYモデルが予測する中心的ピークとは対照的であり、弾性散乱の外縁的性質を確認した。