Charge, magnetization and hadronic-matter densities inside the proton

Summary

We present a scheme by means of which one can infer the charge and magnetization structures of any quantum system from its electromagnetic form factors. For spin-1/2 and spin-0 particles the new results here obtained lead us to a correct nonrelativistic limit as well as to a consistent description of the mean charge radii. Our analysis of the existing data on elastic electron-proton scattering suggests that the charge density should be more concentrated than the magnetization density within the proton. The hadronic-matter density of the proton is obtained from the experimental data on pp elastic collisions at high energy, by assuming the Chou-Yang model. It is found that, as the energy increases, the hadronic-matter distribution becomes more similar to the magnetization than to the charge density inside the proton. The same seems to be true for the neutron.

Riassunto

Si presenta uno schema mediante il quale si possono inferire le strutture di carica e di magnetizzazione di ogni sistema quantico dai suoi fattori di forma elettromagnetici. Per particelle a spin 1/2 e 0 i nuovi risultati ottenuti portano sia ad un corretto limite non relativistico che ad una descrizione consistente dei raggi medi di carica. Questa analisi dei dati esistenti sullo scattering elastico elettrone-protone suggerisce che la densità di carica dovrebbe essere più concentrata della densità di magnetizzazione all'interno del protone. La densità della materia adronica del protone si ottiene dai dati sperimentali sulle collisioni elastiche pp ad alta energia, adottando il modello di Chou e Yang. Si trova che, quando l'energia aumenta, la distribuzione della materia adronica diventa più simile alla magnetizzazione che alla densità di carica nel protone. Ciò sembra valere anche per il neutrone.

Резюме

Мы предлагаем схему, с помощью которой можно получить структуру заряда и структуру намагничивания любой квантовой системы из электромагнитных форм-факторов. Для частиц со спином 1/2 и 0 полученные здесь результаты приводят к правильному нерелятивистскому пределу, а также к непротиворечивому описанию среднего радиуса заряда. Проведеннай нами анализ имеющихся экспериментальных данных по упругому эдектрон-протонному рассеянию предполагает, что плотность заряда должна быть более концентрированной, чем плотность намагничивания внутри протона. Определяется плотность адронного вещества внутри протона, исходя из экспериментальных данных по рр упругому рассеянию при высоких энергиях и предполагая модель Чу-Янга. Получено, что при увеличении энергии распределение адронного вещества становится более похожим на распределение намагничивания, чем на плотность заряда внутри протона. Аналогичный результат, по-видимому, справедлив и для нейтрона.