Regularities and systematics of hadron total cross-sections

Summary

It is shown that all the qualitative and quantitative features of the total cross-sections for π^±p, K^±p,$\bar pp$ and pp scatterings from low energies up to ISR energies can be explained in terms of three universal components contributing to the hadron-proton amplitude. Besides the well-known pomeron pole and exchange-degenerate reggeon, there is a third universal crossing-symmetric component, whose contribution to pp, πp and Kp scatterings, respectively, scales in the ratio 1∶5/4∶2. This empirical regularity is interpreted as being a consequence of the fact that the coupling of the third comonent to any hadron-nucleon scattering is given by the mean value of the hypercharge squared of the consitituent quarks. Our approach leads to a classification of all hadron-nucleon total cross-sections in terms of the number of strange quarks involved in the scattering. In particular, we obtain an equal-spacing law for the total cross-sections of exotic reactions. The ϕp total cross-section is predicted to have the fastest rise of all hadron-proton reactions. We also predict the values and the rates of increase of hyperon-proton cross-sections, which can be tested by the hyperon beam experiments now planned at Fermilab.

Riassunto

Si mostra che tutte le caratteristiche quantitative e qualitative delle sezioni d'urto totali per gli scattering π^±p, K^±p,$\bar pp$ e pp da basse energie fino alle energie degli ISR possono essere spiegate in termini delle tre componenti universali che contribuiscono all'ampiezza adrone-protone. Accanto ai ben noti poli del pomerone e al reggeone degenere per scambio c'è una terza componente universale a simmetria incrociata, il cui contributo agli scattering pp, πp e Kp varia di scala, rispettivamente, secondo il rapporto 1∶5/4∶2. Questa regolarità empirica è interpretata come conseguenza del fatto che l'accoppiamento della terza componente a qualsiasi scattering adrone-nucleone è dato dal valore medio della ipercarica alquadrato dei quark costituenti. Il nostro approccio porta a una classificazione di tutte le sezioni d'urto totali adrone-nucleone, sulla base del numero di quark strani coinvolti nello scattering. In particolare otteniamo una legge di spaziatura uguale per le sezioni d'urto totali di reazioni esotiche. Si predice che la sezione d'urto totale ϕp abbia l'accrescimento più veloce di tutte le reazioni adrone-protone. Si predicono anche i valori e i tassi di aumento delle sezioni d'urto iperone-protone che possono essere verificati con gli esperimenti del fascio di iperoni, progettati attualmente al Fermilab.

Резюме

Показывается, что все качественные и количественные характеристики полных поперечных сечений π^±p, K^±p,$\bar pp$ и pp рассеяния от низких энергий до энергий ISR могут быть объяснены в терминах трех универсальных компонент, дающих вклад в адрон-протонную амплитуду. Кроме хорошо известного померонного полюса и обменно-вырожденного реджеона, существует третья универсальная кроссинг-симметричная компонента, вклады которой в pp, πp и Kp рассеяния соответственно относятся 1∶5/4∶2. Эта эмпирическая зависимость интерпретируется, как следствие того факта, что связь этой третьей компоненты с адрон-нуклонным рассеянием определяется средней величиной квадрата гиперзаряда составляющих кварков. Нащ подход приводит к классификации всех адрон-нуклонных полных поперечных сечений в терминах числа странных кварков, участвующих в процессе рассеяния. В частности, мы получаем закон равнораспо-ложения для полных поперечных сечениий экзотических реакций. Предсказывается, что ϕp полное поперечное сечение быстро возрастает для всех адрон-протонных реакций. Мы также предсказываем величины и скорости роста гиперон-протонных поперечных сечений, которые могут быть проверены в экспериментах на гиперонном пучке, планируемых в настоящее время в Фермилаб.