[论文解读] Odderon and substructures of protons from a model-independent Levy imaging of elastic proton-proton and proton-antiproton collisions

T. Csörgő, Roman Pasechnik+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 8, 2018

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

该论文提出了一种模型无关的 Lévy 成像方法，用于重建高能质子-质子和质子-反质子弹性散射中的前向散射振幅，实现了从数据中直接提取阴影分布 P(b)、弹性斜率 B(t) 和核相位 φ(t)。该方法揭示了质子-质子与质子-反质子碰撞中 B(t) 和 φ(t) 的定性差异，为奇自旋子效应提供了有力证据，并识别出质子内部存在两种不同的亚结构，分别类似于一个屏蔽夸克和一个屏蔽二夸克。

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.

研究动机与目标

• 开发一种用于重建高能强子散射中前向散射振幅的模型无关方法。
• 直接从实验数据中提取阴影分布 P(b)、弹性斜率 B(t) 和核相位 φ(t)，避免理论偏倚。
• 研究质子-质子与质子-反质子碰撞之间可能存在的差异，以探测奇自旋子交换的迹象。
• 利用数据驱动的重建技术识别并表征质子内部的亚结构。

提出的方法

• 该方法采用模型无关的 Lévy 成像技术，从已发表的弹性散射数据中重建前向散射振幅。
• 直接提取散射振幅在影响参数空间中的表示，从而确定阴影分布 P(b)。
• 在相同的基于数据的框架下，将弹性斜率 B(t) 和核相位 φ(t) 作为动量转移 t 的函数进行重建。
• 该方法避免对振幅函数形式做出假设，仅依赖于复 t 平面上的数据拟合。
• 在前向区域实现对散射振幅的无参数化重建，最大限度减少理论偏倚。
• 该方法允许通过一致且基于数据驱动的方式直接比较 pp 和 p̄p 系统。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高能下，质子-质子与质子-反质子碰撞中的弹性斜率 B(t) 是否表现出可测量的差异？
• RQ2 pp 与 p̄p 散射中的核相位 φ(t) 是否存在可探测的差异，可能表明奇自旋子交换的存在？
• RQ3 基于影响参数分布 P(b)，质子内部的哪些亚结构被揭示出来？
• RQ4 这些亚结构的尺寸和截面能否以模型无关的方式从弹性散射数据中确定？
• RQ5 数据为高能强子散射中奇自旋子存在的证据提供了哪些支持？

主要发现

• 观察到质子-质子与质子-反质子碰撞之间弹性斜率 B(t) 的显著定性差异，表明奇自旋子交换存在非平凡贡献。
• 在 pp 与 p̄p 系统之间发现核相位 φ(t) 的显著差异，为奇自旋子效应提供了强有力的间接证据。
• 在质子内部识别出两种不同的亚结构：一种类似于屏蔽夸克，另一种类似于屏蔽二夸克，依据影响参数分布 P(b) 的特征。
• 这些亚结构的尺寸和截面均直接从数据中提取，无需理论假设。
• 模型无关的重建证实了质子内部存在超越标准部分子模型的非平凡内部结构。
• 结果表明，数据支持质子内部结构比以往假设更为丰富，对 QCD 动力学和奇自旋子假说具有重要意义。