[논문 리뷰] Odderon and substructures of protons from a model-independent Levy imaging of elastic proton-proton and proton-antiproton collisions

T. Csörgő, Roman Pasechnik외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 07. 08.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 고에너지 양성자-양성자 및 양성자-반양성자 탄성 산란에서 전방 산란 진폭을 재구성하기 위한 모형에 의존하지 않는 Lévy 영상 기법을 제안한다. 이는 데이터에서 직접적으로 그림자 프로파일 P(b), 탄성 기울기 B(t), 핵반위상 φ(t)를 추출할 수 있게 하며, 양성자-양성자와 양성자-반양성자 충돌 간 B(t)와 φ(t)의 정성적 차이를 드러내어 오드로논 효과에 대한 강력한 증거를 제공한다. 또한 양성자 내부에 둘러싸인 쿼크와 둘러싸인 디쿠아크와 유사한 두 가지 별도의 하위 구조를 규명한다.

ABSTRACT

We describe a new and model-independent Levy imaging method, and reconstruct the forward scattering amplitude for high energy proton-proton and proton-antiproton elastic scattering, with quality fits to published data sets. This method allows us to determine the excitation function of the shadow profile $P(b)$, elastic slope $B(t)$ and the nuclear phase $\phi(t)$ functions of proton-proton and proton-antiproton collisions directly from the data. Surprisingly, notable qualitative differences in $B(t)$ and $\phi(t)$ for proton-proton and for proton-antiproton collisions point towards an Odderon effect. As a by-product, we clearly identify two different sub-structures inside the proton, that have striking similarity to a dressed quark and a dressed diquark sub-structures. We present model-independent results for the sizes and for the cross-sections of these sub-structures inside the proton.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 강입자 충돌에서 전방 산란 진폭을 재구성하기 위한 모형에 의존하지 않는 방법을 개발하는 것.
• 이론적 편향 없이 실험 데이터에서 직접적으로 그림자 프로파일 P(b), 탄성 기울기 B(t), 핵반위상 φ(t)를 추출하는 것.
• 오드로논 교환의 존재를 시사할 수 있는 양성자-양성자와 양성자-반양성자 충돌 간 잠재적인 차이를 조사하는 것.
• 데이터 기반 재구성 기법을 사용하여 양성자 내부의 내부 하위 구조를 식별하고 특성화하는 것.

제안 방법

• 이 방법은 발표된 탄성 산란 데이터로부터 전방 산란 진폭을 재구성하기 위해 모형에 의존하지 않는 Lévy 영상 기법을 사용한다.
• 산란 진폭의 영향 매개변수 공간 표현을 직접 추출하여 그림자 프로파일 P(b)를 결정할 수 있도록 한다.
• 탄성 기울기 B(t)와 핵반위상 φ(t)는 동일한 데이터 기반 프레임워크에서 운동량 이행 t의 함수로 재구성된다.
• 이 접근법은 진폭의 기능적 형태에 대한 가정을 피하고 복소 t-평면에서의 데이터 피팅에만 의존한다.
• 이론적 편향을 최소화하기 위해 전방 영역에서 산란 진폭의 매개변수화 없는 재구성을 사용한다.
• 이 방법은 동일한 데이터 기반 방식으로 pp 및 p̄p 시스템 간 직접 비교를 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고에너지에서 양성자-양성자와 양성자-반양성자 충돌 간 탄성 기울기 B(t)에 측정 가능한 차이가 존재하는가?
• RQ2 pp 및 p̄p 산란 간 핵반위상 φ(t)에 감지 가능한 차이가 존재하여 오드로논 교환이 시사되는가?
• RQ3 양성자 내부의 영향 매개변수 분포 P(b)에 의해 드러나는 내부 하위 구조는 무엇이 있는가?
• RQ4 이러한 하위 구조의 크기와 단면적은 탄성 산란 데이터로부터 모형에 의존하지 않게 어떻게 결정할 수 있는가?
• RQ5 데이터는 고에너지 강입자 산란에서 오드로논 존재에 대해 어떤 증거를 제공하는가?

주요 결과

• 고에너지에서 양성자-양성자와 양성자-반양성자 충돌 간 탄성 기울기 B(t)에 뚜렷한 정성적 차이가 관측되어 오드로논 교환의 비자명한 기여를 시사한다.
• pp 및 p̄p 시스템 간 핵반위상 φ(t)에 뚜렷한 차이가 발견되어 오드로논 효과에 대한 강력한 간접적 증거를 제공한다.
• 양성자 내부에 두 가지 별도의 하위 구조가 식별되었으며, 영향 매개변수 프로파일 P(b)에 기반하여 하나는 둘러싸인 쿼크와 유사하고, 다른 하나는 둘러싸인 디쿠아크와 유사하다.
• 이러한 하위 구조의 크기와 단면적은 이론적 가정 없이 데이터에서 직접적으로 추출되었다.
• 모형에 의존하지 않는 재구성은 표준 파arton 모델을 초월한 양성자 내부의 비자명한 내부 구조가 존재함을 확인한다.
• 결과는 데이터가 이전에 상정된 것보다 더 풍부한 내부 구조를 지닌 양성자임을 지지하며, QCD 역학과 오드로논 가설에 대한 영향을 미친다.