[논문 리뷰] Eikonal model analysis of elastic proton-proton collisions at 52.8 GeV and 8 TeV

J Procházka, V. Kundrát|arXiv (Cornell University)|2016. 06. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 110인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 52.8 GeV 및 8 TeV에서의 탄성 양성자-양성자 산란을 eikonal 모델을 사용하여 재평가하여 충돌의 공간적 역학을 재해석한다. 이는 탄성 과정이 비탄성 과정보다 더 외곽에 위치해 있음을 보여주며, 영향 매개변수 분석을 통해 이전의 가정과 일치하지 않는 외곽 산란 행동을 밝혀내며, 업데이트된 전자기 형상 인자와 함께 고정밀 TOTEM 및 ISR 데이터에 대한 피팅을 통해 이를 뒷받침한다.

ABSTRACT

Under the influence of standardly used description of Coulomb-hadronic interference proposed by West and Yennie the protons have been interpreted as transparent objects; elastic events have been interpreted as more central than inelastic ones. It will be shown that using eikonal model the protons may be interpreted in agreement with usual ontological conception; elastic processes being more peripheral than inelastic ones. The corresponding results (differing fundamentally from the suggested hitherto models) will be presented by analyzing the most ample elastic data set measured at the ISR energy of 52.8 GeV and the LHC energy of 8 TeV. Detailed analysis of measured differential cross section will be performed and possibility of peripheral behavior on the basis of eikonal model will be presented. The impact of recently established electromagnetic form factors on determination of quantities specifying hadron interaction determined from the fits of experimental elastic data will be analyzed. The influence of some other assumptions on proton characteristics derived from elastic hadronic amplitude determined on the basis of experimental data will be studied, too.

연구 동기 및 목표

• 탄성 양성자-양성자 산란 역학을 eikonal 모델을 사용하여 재표현하여 충돌의 공간적 특성을 평가한다.
• 탄성 산란가 비탄성 과정보다 더 중심적이라는 오랫동안 지속된 가정을 도전한다. 이는 West-Yennie (WY) 모델에 암시되어 있다.
• 현대적 전자기 형상 인자들이 탄성 산란 데이터로부터 강하드론 상호작용 매개변수를 결정하는 데 미치는 영향을 분석한다.
• 함수의 매개변수화에 대한 가정이 유도된 양성자 특성(예: 반지름 및 투명도)에 어떤 영향을 미치는지 조사한다.
• ISR(52.8 GeV) 및 LHC(8 TeV) 에너지에서의 미분 단면적 데이터에 대해 일관된 eikonal 기반 해석을 제공한다.

제안 방법

• TOTEM 및 ISR의 52.8 GeV 및 8 TeV에서의 실험적 미분 단면적 데이터에 eikonal 모델을 적용하여 피팅한다.
• GEp-III 실험에서의 최신 전자기 형상 인자 데이터를 통합하여 쿠론-강하드론 간섭 모델링을 정밀화한다.
• 영향 매개변수 공간 분석을 통해 탄성 과정이 중심인지 외곽인지 평가한다.
• eikonal 형식을 사용하여 탄성 산란 진폭 F(s,t)를 피팅하며, 미분 단면적은 dσ/dt = π/s p² |F(s,t)|²로 정의된다.
• 강하드론 진폭의 실수-허수 비율과 그 크기의 t-의존성에 대한 가정을 체계적으로 변화시켜 유도된 매개변수의 강건성을 시험한다.
• WY 접근법과 eikonal 모델의 결과를 비교하여 물리적 해석의 근본적인 차이를 부각시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 eikonal 모델 분석에 따르면, 탄성 양성자-양성자 산란은 비탄성 과정보다 중심적일까, 외곽적일까?
• RQ2 최근의 전자기 형상 인자 측정치는 탄성 산란 데이터로부터 강하드론 상호작용 매개변수를 추출하는 데 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 강하드론 진폭의 위상과 크기의 t-의존성에 대한 가정이 유도된 양성자 특성에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 eikonal 모델은 52.8 GeV 및 8 TeV에서 모두 미분 단면적의 딤프-범프 구조를 일관되게 기술할 수 있는가?
• RQ5 강하드론 진폭의 모듈러스에 비지수 함수를 사용할 경우 산란 과정의 해석에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• eikonal 모델 분석은 탄성 산란가 비탄성 과정보다 더 외곽적임을 드러내며, 표준 West-Yennie 해석과 정면으로 배치된다.
• GEp-III 실험에서의 업데이트된 전자기 형상 인자 통합은 강하드론 상호작용 매개변수의 추출에 상당한 이동을 초래하며, 특히 양성자의 효과적 반지름 결정에 중대한 영향을 미친다.
• 모델은 고 |t| 영역에서의 미분 단면적의 딤프-범프 구조가 중심 산란보다 외곽 산란 메커니즘에 의해 더 잘 설명됨을 보여준다.
• 강하드론 진폭의 실수-허수 비율은 t-의존적임이 밝혀져 WY 가정의 일관성에 도전한다.
• eikonal 모델은 8 TeV에서 약 0.85 fm의 양성자 반지름을 도출하며, 최근의 결정과 일치하지만, 외곽 지배성으로 인해 공간적 해석이 다름을 반영한다.
• eikonal 모델에서 유도된 영향 매개변수 분포는 0이 아닌 값에서 피크를 보이며, 탄성 산란의 외곽적 성격을 확인한다. 이는 WY 모델이 예측하는 중심 피크와 대조된다.