[論文レビュー] Optical theorem and elastic nucleon scattering

M. V. Lokajíček, V. Kundrát|ArXiv.org|Jun 22, 2009

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、高エネルギー弾性核子散乱における光学定理の標準的適用に挑戦し、長距離相互作用に妥当な仮定（クーロン力に有効）が有限範囲のハドロン相互作用には物理的に正当化されないとしている。著者らは、q=0における未散乱状態を特定し、零動量移行近辺で滑らかで非増加的な散乱振幅を仮定することで、物理的に不適切な結論が導かれ、全断面積の弾性微分断面積からの導出や、非常に小さな角度における光度推定およびt依存性再構築の信頼性が損なわれることを示している。

ABSTRACT

In the theoretical analysis of high-energy elastic nucleon scattering one starts commonly from the description based on the validity of optical theorem, which allows to derive the value of total cross section directly from the experimentally measured t-dependence of elastic differential cross section. It may be shown, however, that this theorem has been derived on the basis of one assumption that might be regarded perhaps as acceptable for long-range (e.g., Coulomb) forces but must be denoted as quite unacceptable for finite-range hadron forces. Consequently, the conclusions leading to the increase of total cross section with energy at higher collision energies must be newly analyzed. The necessity of new analysis concerns also the derivation of elastic scattering t-dependence at very low transverse momenta from measured data.

研究の動機と目的

• 高エネルギー核子-核子散乱における、弾性微分断面積から全断面積を導出する光学定理の妥当性に挑戦すること。
• 有限範囲のハドロン力に対して物理的に正当化されない、光学定理の導出における特定の仮定を同定すること。
• 非常に小さな動量移行における弾性散乱データから全断面積を外挿し、光度を推定する信頼性を疑問視すること。
• 低角度におけるクーロン効果の優位性により、ハドロン振幅のt依存性の再構築に曖昧さが生じることを強調すること。
• 追加の実験的データや物理的根拠を持つモデルがなければ、現在の効果的モデルが全断面積を信頼性高く決定できないことを主張すること。

提案手法

• バビンの原理とフリーネルの回折を用いて光学定理を導出し、プロファイル関数Γ(b)と障害関数S(b)を用いて散乱をモデル化する。
• 全散乱振幅F(q)に、q=0における離散的寄与（未散乱状態を表す）を含めたユニタリティ条件を適用する。
• 2つの問題のある仮定を特定する：q=0におけるF(q)の連続性（|ψ_unsc|=0を意味する）と、q=0近辺でのF(q)の単調減少性。これらはハドロン相互作用に対して物理的に正当化されない。
• 高エネルギーにおける回折ピークの狭まりを焦点に、異なるエネルギーにおけるハドロン振幅の振る舞いを比較することで、これらの仮定の影響を分析する。
• 効果的モデルを用いて、異なるt依存性のハドロン振幅が同じ全断面積および弾性微分断面積を再現できることを示す。特にクーロン干渉が顕著な場合に有効である。
• 光度推定への影響を評価し、ハドロンピークの狭まりを無視すると、高エネルギーにおいてビーム光度が系atically低く見積もられることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ光学定理におけるq=0における散乱振幅の連続性および単調減少性の仮定が、有限範囲のハドロン力に対して物理的に不適切なのか？
• RQ2 非常に小さな動量移行におけるクーロン相互作用が、ハドロン振幅の真のt依存性をどの程度曇らせるのか？
• RQ3 高エネルギーにおける回折ピークの狭まりは、f(0)の解釈および導出される全断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ4 光学定理が適用不能である場合、弾性散乱データから信頼できる光度推定を抽出できるか？
• RQ5 散乱振幅における位相の曖昧さが、衝突パラメータモデルおよび核子構造の物理的解釈に与える影響は何か？

主な発見

• 光学定理の導出は、q=0における散乱振幅の連続性および単調減少性という仮定に依存しているが、これらは有限範囲のハドロン相互作用に対して物理的に正当化されておらず、未散乱核子が観測される実験的証拠と矛盾する。
• 光学定理において未散乱状態（q=0）を出射状態と同一視することで、非相互作用成分が物理的に不適切に抑制され、実際の測定で観測される未散乱ビームの存在と矛盾する。
• q=0近辺でf(q)が|q|の増加に伴い減少すると仮定することは、ハドロン物理学では支持されず、強い力の相互作用には正当化できない。
• 高エネルギーにおいて、回折ピークの狭まりは全断面積が一定または減少しても|f(0)|の増加を引き起こし、誤って全断面積の上昇を示唆する可能性がある。
• 光学定理が適用できない場合、非常に小さなtにおけるハドロン振幅のt依存性は不確定であり、複数の効果的で異なるモデルが同じ弾性微分断面積を再現できる。
• ハドロンピークの狭まりを適切に考慮しないと、高エネルギーにおいて光度推定が系的に低く見積もられ、物理的断面積が過大評価される可能性がある。