新的实验证据表明质子渐近发展为黑盘

最近，Auger 合作组从宇宙线质子（及原子核）在大气中相互作用产生的空气簇射观测中提取了质子 - 空气截面，并将其转换为在 57 TeV 超 LHC 能量下的总 $pp$ 截面 $\sigma_{\rm tot}$ 和非弹性 $pp$ 截面 $\sigma_{\rm inel}$ 的测量值。他们的结果加强了我们早先的结论，即质子在渐近能量下变为黑盘，这一预测是基于亚 LHC 能量下 $\pbar p$ 和 $pp$ 对 $\sigma_{\rm tot}$ 以及 $\rho$（前向散射振幅实部与虚部之比）的测量得出的 [M. M. Block and F. Halzen, Phys. Rev. Lett. {\bf 107}, 212002 (2011)]。同样的质子黑盘描述预言了 TOTEM 实验在 LHC 质心系能量 $\sqrt s=7$ TeV 下测得的 $\sigma_{\rm tot}$ 和 $\sigma_{\rm inel}$ 值，以及 ALICE、ATLAS 和 CMS 测得的 $\sigma_{\rm inel}$ 值，还有 ALICE 在 2.76 TeV 的测量值。所有数据均与渐近表现为胶子黑盘的质子一致：(i) $\sigma_{\rm tot}$ 和 $\sigma_{\rm inel}$ 均表现为 $\ln^2s$，饱和了 Froissart 界；(ii) 前向散射振幅变为纯虚数；(iii) 比值 $\sigma_{\rm inel}/\sigma_{\rm tot}=0.509 \pm 0.021$，与黑盘值 1/2 兼容；(iv) 质子相互作用变得与味无关。