[論文レビュー] Leading Pomeron Contributions and the TOTEM Data at 13 TeV

M. Broilo, E. G. S. Luna+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、複素角運動量平面における極を有する一般化された解析的モデルを用いて、13 TeVにおける陽子-陽子および反陽子-陽子散乱における主要なポメロン寄与を調査している。5 GeVから13 TeVまでの全断面積および$ρ$パラメータのデータにフィットしているが、13 TeVでのTOTEMデータをフィットできても、$σ_{\text{tot}}$と$\rho$を同時に不確実性内に収めることが不可能であり、これはポメロン支配がオッドロンに基づくモデルに比べて不十分であることを示唆している。これは、MartynovとNicolescuが以前に報告した結果と一致する。

ABSTRACT

The recent data by the TOTEM Collaboration on $σ_{tot}$ and $ρ$ at 13 TeV, have shown agreement with a leading Odderon contribution at the highest energies, as demonstrated in the very recent analysis by Martynov and Nicolescu (MN). In order to investigate the same dataset by means of Pomeron dominance, we introduce a general class of forward scattering amplitude, with leading contributions even under crossing, associated with simple, double and triple poles in the complex angular momentum plane. For the lower energy region, we consider the usual non-degenerated Regge trajectories, with even and odd symmetry. The analytic connection between $σ_{tot}$ and $ρ$ is obtained by means of dispersion relations and we carry out fits to $pp$ and $\bar{p}p$ data in the interval $\sqrt{s}=5$ GeV - 13 TeV; following MN we consider only the TOTEM data at the LHC energy region. From the fits, we conclude that the general analytic model, as well as some particular cases representing standard parameterizations, are not able to describe satisfactorily the $σ_{tot}$ and $ρ$ data at 13 TeV. Further analyses in course and some perspectives are outlined.

研究の動機と目的

• 13 TeVにおける$σ_{\text{tot}}$および$ρ$のTOTEMデータを、主としてレグゲ極寄与を持つ一般化された解析的ポメロンモデルが同時に記述できるかどうかを検証すること。
• 最近のオッドロンに基づく解析を踏まえ、最新のLHCデータとポメロン支配の整合性を検討すること。
• 高エネルギー領域における$σ_{\text{tot}}$および$\rho$データの統合フィットにおいて、標準的なレグゲ極モデルの限界を評価すること。
• 対数項（log、log²）を高次の項として含めることで、標準的なパラメータ化と比較してフィット品質が向上するかどうかを検討すること。

提案手法

• 複素角運動量平面における単一・二重・三重の極を有する一般化された前向き散乱振幅を構築し、エネルギー依存性がそれぞれべき乗則、対数則、対数平方則に対応する。
• 偶数および奇数のクロスフィング・レグゲロンを含み、偶数のポメロン寄与として4種類（べき乗、対数、対数平方、定数項）を含む。
• 有効な減算定数$K$を用いた単一減算導関数分散関係を用いて、$\rho(s)$の解析的表現を導出する。
• TMinuitパッケージを用いて、5 GeVから13 TeVまでの$pp$および$\bar{p}p$データにフィットを行い、LHCエネルギー領域では13 TeVでのTOTEMデータのみを用いる。
• 2つの特定のモデルをテストした：モデルI（logおよびlog²項なし）およびモデルII（定数項およびlog項なし）、$K$は自由または0に固定した。
• フィットの良さは$\chi^2/\nu$および統合確率$P(\chi^2)$で評価され、収束には正定値の共分散行列が必須である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 主としてレグゲ極寄与を持つ一般化された解析的ポメロンモデルは、13 TeVにおける$σ_{\text{tot}}$および$\rho$を同時に記述できるか？
• RQ2 対数項および対数平方項を含めることで、標準的なパラメータ化と比較してフィット品質が向上するか？
• RQ3 オッドロン支配が同データを良好にフィットする以前の研究を踏まえると、ポメロン支配は13 TeVにおけるTOTEMデータと整合するか？
• RQ4 分散関係における減算定数$K$の選択に、フィット結果が敏感であるか？
• RQ5 自由パラメータ数を標準的なケースに制限した場合、モデルは受け入れ可能なフィット品質を達成できるか？

主な発見

• 10個の自由パラメータを持つ一般モデルは、正定値の共分散行列への収束に失敗し、過剰適合または不安定性を示唆している。
• モデルI（$A=C=D=0$）では$\chi^2/\nu = 1.273$および$P(\chi^2) = 2.3 \times 10^{-3}$となり、フィット品質が著しく悪いことが示された。
• モデルII（$B=C=0$、$\epsilon=0$）では$\chi^2/\nu = 1.192$および$P(\chi^2) = 2.0 \times 10^{-2}$となり、依然としてデータとの一致が不十分であることが示された。
• 13 TeVにおいて、両モデルの最良フィット曲線は、$\rho$測定値の上側誤差範囲の上、$\sigma_{\text{tot}}$測定値の下側誤差範囲の下に位置しており、明確な矛盾が生じている。
• さまざまなバリエーションにおいても結果は安定しており、$K$を0に固定してもフィット品質は向上しなかった。
• 著者らは、ポメロン支配ですら、最も一般化された解析的形でも13 TeVにおけるTOTEMデータを満足できる形で記述できないと結論づけた。これは、オッドロンに基づくモデルとは対照的である。