Journal Article PUBDB-2023-04952

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Measurement of the total cross section and $\rho $-parameter from elastic scattering in pp collisions at $\sqrt{s}=13$ TeV with the ATLAS detector

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2023
Springer Heidelberg

The European physical journal / C 83(5), 441 () [10.1140/epjc/s10052-023-11436-8]
 GO

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Report No.: CERN-EP-2022-129; arXiv:2207.12246

Abstract: In a special run of the LHC with $\beta ^{\star } = 2.5$ km, proton–proton elastic-scattering events were recorded at $\sqrt{s} = 13$ TeV with an integrated luminosity of $340~\upmu {\text {b}}^{-1}$ using the ALFA subdetector of ATLAS in 2016. The elastic cross section was measured differentially in the Mandelstam t variable in the range from $-t = 2.5 \cdot 10^{-4}$ GeV$^{2}$ to $-t = 0.46$ GeV$^{2}$ using 6.9 million elastic-scattering candidates. This paper presents measurements of the total cross section $\sigma _{\text {tot}}$, parameters of the nuclear slope, and the $\rho $-parameter defined as the ratio of the real part to the imaginary part of the elastic-scattering amplitude in the limit $t \rightarrow 0$. These parameters are determined from a fit to the differential elastic cross section using the optical theorem and different parameterizations of the t-dependence. The results for $\sigma _{\text {tot}}$ and $\rho $ are $\begin{aligned} \sigma _{\text {tot}}(pp\rightarrow X) = 104.7 \pm 1.1 \; \text{ mb },\quad \rho = 0.098 \pm 0.011 . \end{aligned}$The uncertainty in $\sigma _{\text {tot}}$ is dominated by the luminosity measurement, and in $\rho $ by imperfect knowledge of the detector alignment and by modelling of the nuclear amplitude.

Keyword(s): p p: elastic scattering ; p p: colliding beams ; luminosity: monitoring ; p p: scattering ; detector: alignment ; rho parameter ; ATLAS ; total cross section: measured ; cross section: slope ; optical theorem ; star ; CERN LHC Coll ; differential cross section: measured ; momentum transfer dependence ; numerical calculations: Monte Carlo ; experimental results ; 13000 GeV-cms

Classification:

Note: 55 pages in total, 26 figures, 13 tables, submitted to EPJC. All figures including auxiliary figures are available at https://atlas.web.cern.ch/Atlas/GROUPS/PHYSICS/PAPERS/STDM-2018-08/

Contributing Institute(s):
  1. LHC/ATLAS Experiment (ATLAS)
Research Program(s):
  1. 611 - Fundamental Particles and Forces (POF4-611) (POF4-611)
Experiment(s):
  1. LHC: ATLAS

Appears in the scientific report 2023
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