[论文解读] 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 8

一句话总结

本论文采用电磁与强子幅值模型的组合，重新分析了TOTEM在13 TeV质子-质子弹性散射数据，通过拟合微分截面以提取总截面和实部与虚部幅值比ρ。分析得到在t=0处，σ_tot = 107.5 ± 1.5 mb，ρ = 0.096 ± 0.006，理论不确定性表明σ_tot可能向下偏移约2 mb，ρ可能增加0.002。结果在t=0处无需引入奇力介子。

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 $t=0$.

研究动机与目标

• 使用改进的统计与理论模型，重新分析TOTEM的13 TeV弹性质子-质子散射数据。
• 检验观测到的与COMPETE拟合之间的张力是否需要在t=0处引入奇力介子交换。
• 评估理论假设（尤其是形状因子和恒定ρ）对提取参数的影响。
• 确定重新解释TOTEM数据后，是否仍支持奇力介子的存在，或可由标准胶球交换解释。

提出的方法

• 将总弹性散射幅值建模为库仑（电磁）与强子（胶球主导）贡献之和。
• 利用库仑与强子幅值之间的干涉提取ρ(t=0)，相位φ(s,t)通过Locher-West-Yennie公式计算。
• 假设强子幅值具有恒定ρ和指数形状因子：A_N(s,t) = sσ_tot/(4π)(i+ρ)exp(Bt/2)。
• 使用卡方最小化方法，将模型拟合至TOTEM在小|t|区间的微分截面数据，以确定最佳拟合参数。
• 系统性地改变形状因子（指数 vs. 楔形）和相位计算方法（近似 vs. 精确），以估计理论不确定性。
• 将结果与COMPETE参数化进行比较，并评估在不引入奇力介子的情况下是否兼容。

实验结果

研究问题

• RQ1 TOTEM在13 TeV、t=0处的数据是否需要引入奇力介子交换才能一致描述？
• RQ2 在√s = 13 TeV时，总截面σ_tot和幅值实部ρ的最佳拟合值是多少？
• RQ3 提取的参数对形状因子和ρ的t依赖性假设有多敏感？
• RQ4 现有COMPETE对总截面的参数化是否可在不引入奇力介子的情况下容纳TOTEM数据？
• RQ5 由幅值参数化中模型依赖性假设引起的σ_tot和ρ的理论不确定性是什么？

主要发现

• 重新分析的最佳拟合值为在t=0处σ_tot = 107.5 ± 1.5 mb，ρ = 0.096 ± 0.006。
• 理论不确定性——主要来自形状因子的选择——可能使σ_tot减少约2 mb，ρ增加约0.002。
• 数据在t=0处无需引入奇力介子，因为2002年未包含奇力介子交换的COMPETE参数化仍与数据兼容。
• COMPETE拟合在1σ范围内允许的(σ_tot, ρ)区域包含了本研究结果，尤其在对数和对数平方参数化中。
• ρ的确定对0.001 < |t| < 0.003 GeV²区间内的前几个数据点高度敏感，该区域库仑-强子干涉占主导。
• 假设ρ为常数是合理的近似，因为ρ的t依赖性变化仅对拟合得到的ρ(0)值产生微小影响（例如，当ρ = ρ(0)(1 + at)且a < 1 GeV⁻²时，ρ(0) = 0.099 ± 0.008）。