[論文レビュー] Phenomenological Analysis of $pp$ and $\bar{p}p$ Elastic Scattering Based on Theoretical Bounds in High-Energy Physics

S. D. Campos, В. А. Окороков|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 48被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、ア公理的量子場理論に基づく厳密な理論的制約（Froissart-MartinおよびJin-Martin-Cornille）に加え、微分分散関係を用いて散乱振幅の実部を計算することで、陽子-陽子および反陽子-陽子の全微分断面積およびρパラメータの新しい現象論的パラメータ化を提案する。このモデルは広いエネルギー範囲で実験データに優れたフィットを達成し、LHCおよび将来の高エネルギー加速器エネルギーレベルにおける予測結果を提供するが、Donnachie-Landshoff や Kang-Nicolescu といった既存のモデルよりも統計的性能が優れている。

ABSTRACT

Considering the Froissart-Martin bound, Jin-Martin-Cornille bound and the optical theorem, we propose a novel parametrization for the total cross-section of proton-proton and antiproton-proton elastic scattering data. Using derivative dispersion relations we obtain the real part of the elastic scattering amplitude and thus the $ρ$ parameter. Simultaneous fits to $σ_{tot}$ and $ρ$ are performed allowing very good statistical descriptions of the available data. Furthermore, predictions to $σ_{tot}$ and $ρ$ at energies not used in the fit procedures are presented. For $σ_{tot}$ we obtain predictions at RHIC, LHC and future HC energies.

研究の動機と目的

• ア公理的量子場理論に基づく厳密な理論的制約を尊重する、ppおよびp̄p全微分断面積およびρパラメータの現象論的でモデルに依存しないパラメータ化を開発すること。
• Froissart-Martin限界およびJin-Martin-Cornille限界を、全微分断面積の高エネルギーおよび低エネルギー挙動に対する物理的制約として組み込むこと。
• 微分分散関係を用いて前向散乱振幅の実部を解析的に決定し、これによりρパラメータを計算すること。
• σ_totおよびρデータを同時にフィットし、既存の現象論的モデルよりも優れた統計的品質を達成すること。
• 未測定のエネルギー、特にRHIC、LHC、および将来の高中心系エネルギー加速器におけるσ_totおよびρの予測的推定値を提供すること。

提案手法

• 全微分断面積は、高エネルギーでFroissart-Martin限界、低エネルギーでJin-Martin-Cornille限界を組み込んだ関数形でパラメータ化され、反応ごとに4つのフィットパラメータを有する。
• 前向散乱振幅の実部は微分分散関係を介して導出され、虚部（全微分断面積）からρパラメータを解析的に計算可能となる。
• クロージング対称性が適用され、粒子と反粒子の過程の間の一貫性を保証する。
• ppおよびp̄p散乱の広いエネルギー範囲におけるσ_totおよびρデータを、反応ごとに最小限の4パラメータで同時にフィットする。
• 未測定エネルギーへの外挿により、モデルの予測能力を検証する。対象は√s = 7, 10, 14 TeV（LHC）、50–500 TeV（将来のHC）、200–500 GeV（RHIC）である。
• パラメータ化における有効指数pは、純粋なレッジオンまたはポメロン寄与ではなく、混合ポンプラー・レッジオン交換を反映する複合的トレジャクトリとして解釈される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ppおよびp̄p弾性散乱の現象論的パラメータ化は、Froissart-MartinおよびJin-Martin-Cornille限界を厳密に尊重できるか？
• RQ2 4パラメータモデルが、理論的制約および分散関係のみを用いて、広いエネルギー範囲でσ_totおよびρをどれほどよく記述できるか？
• RQ3 LHCおよび将来の高エネルギー加速器エネルギーレベルにおける全微分断面積の予測能力はどの程度か？
• RQ4 低エネルギー領域におけるモデルの振る舞いは、純粋なレッジオンまたはポメロン交換とはどのように異なり、どのような物理的メカニズムを示唆するか？
• RQ5 モデルの有効指数pは複合的トレジャクトリとして解釈可能か？複数のポメロントレジャクトリの存在を示唆するか？

主な発見

• 本モデルは、ppおよびp̄p散乱におけるσ_totおよびρデータを、Kang-NicolescuおよびDonnachie-Landshoffモデルを上回る統計的品質で優れた同時フィットを達成する。
• √s = 7, 10, 14 TeV（LHC）におけるσ_totの予測値が提示され、高エネルギー領域での期待される傾向と整合的である。
• 将来の高中心系エネルギー加速器（√s = 50, 100, 200, 500 TeV）におけるσ_totの予測値が得られ、全微分断面積の飽和は見られない。
• パラメータ化における有効指数pは、純粋なレッジオンまたはポメロンではなく、混合トレジャクトリを反映しており、σ_totの上昇を完全に抑制するのではなく、制御するメカニズムを示唆する。
• モデルはFroissart限界に到達しないことから、σ_totの上昇は複数のポメロントレジャクトリ、または漸近的エネルギー領域における限界的ポメロントレジャクトリによって制御されている可能性を示唆する。
• パラメータ化により、前向方向を超えた全散乱振幅の解析的再構成が可能であり、散乱振幅解析へのより広範な応用可能性を示唆する。