基于加速器数据对质子 - 空气截面的超高能预测：更新

在 $\sqrt s = 57\pm 7$ TeV 能量下，Pierre Auger 天文台 (PAO) 合作组最近测量了质子 - 空气非弹性产生截面 $\sigma_{\rm p-air}$。假设氦污染为 25%，他们从测量值中减去了 30 mb，得到排除氦污染后的质子 - 空气非弹性产生截面 $\sigma_{\rm p-air}=475 \pm 22\ ({\rm stat.})\pm^{20}_{15} \ ({\rm syst.})$ mb。利用该结果进行 Glauber 计算以获得 $pp$ 非弹性截面，他们发现非弹性 $pp$ 截面为 $\sigma_{\rm inel}= 90\pm 7\ ({\rm stat.}) \pm^9_{11} ({\rm syst.}) \pm 1.5 {\rm \ (Glaub.})$ mb。结合解析性约束和幺正性对 $\bar pp$ 和 $pp$ 截面进行参数化，使我们能够准确外推至超高能，并利用 Glauber 计算准确预测 $\spai$ 的宇宙线结果。针对 57 TeV 的此次更新，我们预测：i) 利用加速器数据上前向 $\bar pp$ 和 $pp$ 散射振幅的饱和 Froissart 界参数化所得的高能预测，得到 $pp$ 总截面 $\sigma_{\rm tot}=133.4\pm 1.6$ mb；ii) 结合 $\sigma_{\rm tot}$ 与 Glauber 理论，得到质子 - 空气非弹性产生截面 $\sigma_{\rm p-air}=483\pm 3$ mb，从而独立确定氦污染为 19%，与其估计的 25% 合理吻合。我们的预测在量级和能量依赖性上均与所有可用的宇宙线广延大气簇射测量结果一致。利用我们在 57 TeV 下的 $pp$ 总截面值，Block 和 Halzen \cite{blackdisk} 预测 $pp$ 非弹性截面为 $\sigma_{\rm inel}= 92.9\pm 1.6$ mb，与测量的 PAO 值一致。