Algorithm

Physics

Computer science

The European Physical Journal C

The TOTEM collaboration has measured the elastic proton-proton differential cross section $$\mathrm{d}\sigma /\mathrm{d}t$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:math> at $$\sqrt{s}=13$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi>s</mml:mi></mml:msqrt><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>13</mml:mn></mml:mrow></mml:math> TeV LHC energy using dedicated $$\beta ^{*}=90$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>β</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow /><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>90</mml:mn></mml:mrow></mml:math> m beam optics. The Roman Pot detectors were inserted to 10 $$\sigma $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>σ</mml:mi></mml:math> distance from the LHC beam, which allowed the measurement of the range [0.04 GeV $$^{2}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msup><mml:mrow /><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math> ; 4 GeV $$^{2}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msup><mml:mrow /><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math> $$]$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mo>]</mml:mo></mml:math> in four-momentum transfer squared | t |. The efficient data acquisition allowed to collect about 10 $$^{9}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msup><mml:mrow /><mml:mn>9</mml:mn></mml:msup></mml:math> elastic events to precisely measure the differential cross-section including the diffractive minimum (dip), the subsequent maximum (bump) and the large-| t | tail. The average nuclear slope has been found to be $$B=(20.40 \pm 0.002^{\mathrm{stat}} \pm 0.01^{\mathrm{syst}})~$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>20.40</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:msup><mml:mn>002</mml:mn><mml:mi>stat</mml:mi></mml:msup><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:msup><mml:mn>01</mml:mn><mml:mi>syst</mml:mi></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mspace /></mml:mrow></mml:math> GeV $$^{-2}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msup><mml:mrow /><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math> in the | t |-range 0.04–0.2 GeV $$^{2}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msup><mml:mrow /><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math> . The dip position is $$|t_{\mathrm{dip}}|=(0.47 \pm 0.004^{\mathrm{stat}} \pm 0.01^{\mathrm{syst}})~$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>dip</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>0.47</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:msup><mml:mn>004</mml:mn><mml:mi>stat</mml:mi></mml:msup><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:msup><mml:mn>01</mml:mn><mml:mi>syst</mml:mi></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace /></mml:mrow></mml:math> GeV $$^{2}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msup><mml:mrow /><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math> . The differential cross section ratio at the bump vs. at the dip $$R=1.77\pm 0.01^{\mathrm{stat}}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.77</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:msup><mml:mn>01</mml:mn><mml:mi>stat</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math> has been measured with high precision. The series of TOTEM elastic pp measurements show that the dip is a permanent feature of the pp differential cross-section at the TeV scale.

Elastic differential cross-section measurement at $$\sqrt{s}=13$$ TeV by TOTEM