[論文レビュー] TOTEM data and the real part of the hadron elastic amplitude at 13 TeV

J. R. Cudell, O. V. Selyugin|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、電磁的およびハドロン的振幅モデルを組み合わせたものを使って、TOTEMの13 TeV陽子-陽子弾性散乱データを再分析し、微分断面積をフィットして全断面積と実部と虚部の比ρを抽出した。解析の結果、t=0におけるσ_tot = 107.5 ± 1.5 mbおよびρ = 0.096 ± 0.006が得られた。理論的不確実性は、σ_totが約2 mb低下し、ρが0.002上昇する可能性を示唆している。結果は、t=0におけるオッドロンの存在を必要としない。

ABSTRACT

We analyse the 13 TeV TOTEM data on elastic proton-proton scattering through a thorough statistical analysis, and obtain that $ρ=0.096\pm 0.006$ and $σ_{tot}=(107.5\pm 1.5)$ mb. Theoretical errors could lower the cross section by about 2 mb and increase $ρ$ by about 0.002. We also show that these results do not imply the existence of an odderon at $t=0$.

研究の動機と目的

• より洗練された統計的および理論的モデルを用いて、TOTEMの13 TeV弾性陽子-陽子散乱データを再分析すること。
• 観測されたCOMPETEフィットとの食い違いが、t=0におけるオッドロン交換の導入を必要とするかどうかを検証すること。
• 特に形因子と一定のρという仮定が抽出されたパラメータに与える影響を評価すること。
• 再解釈されたTOTEMデータが、オッドロンの存在を支持するのか、それとも標準的なポメロン交換で説明可能なのかを特定すること。

提案手法

• 全弾性散乱振幅を、コロンブ（電磁的）およびハドロン的（ポメロン支配）寄与の和としてモデル化する。
• コロンブ振幅とハドロン振幅の干渉を用いてρ(t=0)を抽出し、位相φ(s,t)はLocher-West-Yennieの公式で計算する。
• ハドロン的振幅に対して、一定のρと指数関数的形因子を仮定する：A_N(s,t) = sσ_tot/(4π)(i+ρ)exp(Bt/2)。
• χ²最小化を用いて、小さな|t|におけるTOTEMの微分断面積データにモデルをフィットし、最良適合パラメータを決定する。
• 理論的不確実性を推定するために、形因子（指数関数的 vs. ダイポール）と位相計算法（近似 vs. 精確）を体系的に変化させる。
• 結果をCOMPETEパラメータ化と比較し、オッドロン交換を必要とせずに適合するかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 t=0におけるTOTEMの13 TeVデータは、一貫した記述のため、オッドロン交換の導入を必要とするのか？
• RQ2 √s = 13 TeVにおける全断面積σ_totと振幅の実部ρの最良適合値は何か？
• RQ3 抽出されたパラメータは、形因子やρのt依存性に関する仮定にどれほど敏感か？
• RQ4 既存のCOMPETEパラメータ化は、オッドロンを導入しなくてもTOTEMデータを適合させることができるか？
• RQ5 振幅パラメータ化におけるモデル依存の仮定から生じるσ_totとρの理論的不確実性は何か？

主な発見

• 再分析による最良適合値は、t=0におけるσ_tot = 107.5 ± 1.5 mbおよびρ = 0.096 ± 0.006である。
• 理論的不確実性—主に形因子の選択に起因—は、σ_totを約2 mb低下させ、ρを約0.002上昇させる可能性を示唆している。
• データは、t=0におけるオッドロンの存在を必要としない。2002年のCOMPETEパラメータ化（オッドロン交換なし）は依然としてデータと適合している。
• 1σの範囲でCOMPETEフィットが許容する(σ_tot, ρ)領域には、本研究の結果が含まれており、特に対数および対数二乗パラメータ化において顕著である。
• ρの決定は、0.001 < |t| < 0.003 GeV²の最初の数個のデータポイントに強く依存しており、ここではコロンブ-ハドロン干渉が支配的である。
• 一定のρを仮定することは妥当な近似である。t依存のρの変化は、フィットされたρ(0)値に僅かな変化しか与えず（例えば、ρ = ρ(0)(1 + at)でa < 1 GeV⁻²のときρ(0) = 0.099 ± 0.008）、その影響は小さい。