[论文解读] Eikonal model analysis of elastic proton-proton collisions at 52.8 GeV and 8 TeV

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

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 110被引用 5

一句话总结

该论文使用eikonal模型重新评估52.8 GeV和8 TeV能量下的弹性质子-质子散射，以重新诠释碰撞的空间动力学。该研究通过影响参数分析表明，弹性过程比以往假设的更外围，挑战了标准West-Yennie模型，发现其与先前假设不一致，支持了基于高精度TOTEM和ISR数据的拟合结果，使用了更新的电磁形式因子。

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.

研究动机与目标

• 使用eikonal模型重新表达弹性质子-质子散射的动力学，以评估碰撞的空间特性。
• 挑战长期以来认为弹性散射比强子过程更中心的假设，该假设源自West-Yennie（WY）模型。
• 分析现代电磁形式因子对从弹性散射数据中确定强子相互作用参数的影响。
• 研究振幅参数化中的假设如何影响推导出的质子特性（如半径和不透明度）。
• 在ISR（52.8 GeV）和LHC（8 TeV）能量下，提供基于eikonal模型的一致性解释，用于微分截面数据。

提出的方法

• 将eikonal模型应用于TOTEM和ISR在52.8 GeV和8 TeV下的实验微分截面数据拟合。
• 整合来自GEp-III实验的最新电磁形式因子数据，以改进Coulomb-强子干涉建模。
• 使用影响参数空间分析，评估弹性过程是否更中心或更外围。
• 使用eikonal形式化拟合弹性散射振幅F(s,t)，其中微分截面定义为dσ/dt = π/s p² |F(s,t)|²。
• 系统性地改变对强子振幅实部与虚部比值及其模的t依赖性假设，以检验推导参数的鲁棒性。
• 将WY方法的结果与eikonal模型的结果进行比较，突出其在物理解释上的根本差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 根据eikonal模型分析，弹性质子-质子散射是否比强子过程更外围或更中心？
• RQ2 近期电磁形式因子测量在多大程度上影响了从弹性散射数据中提取强子相互作用参数？
• RQ3 对强子振幅相位和模的t依赖性假设，在多大程度上影响了推导出的质子特性？
• RQ4 eikonal模型能否在52.8 GeV和8 TeV下一致地描述微分截面中的凹陷-峰结构？
• RQ5 使用非指数形式的强子振幅模对散射过程的解释有何影响？

主要发现

• eikonal模型分析表明，弹性散射比强子过程更外围，与标准West-Yennie解释相矛盾。
• 引入GEp-III实验的更新电磁形式因子后，提取的强子相互作用参数发生显著变化，尤其在质子有效半径的确定上。
• 该模型表明，高|t|区域微分截面中的凹陷-峰结构更宜用外围散射机制解释，而非中心散射。
• 强子振幅的实部与虚部比值被发现具有t依赖性，挑战了WY模型中该比值为常数的假设。
• eikonal模型在8 TeV下得出的质子半径约为0.85 fm，与近期测定结果一致，但因外围主导而具有不同的空间解释。
• 从eikonal模型导出的影响参数分布在非零值处出现峰值，证实了弹性散射的外围性质，与WY模型预测的中心峰值形成对比。