[論文レビュー] Diffractive Photoproduction of Psi(2S) Mesons at HERA

H Collaboration, C. Adloff|ArXiv.org|May 31, 2002

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、HERAのH1実験から得られた77 pb$^{-1}$のデータを用いて、$ψ(2S)$メソンのドリフト的光生成断面積の測定を初めて報告する。$ψ(2S)$の弾性生成の$t$依存性（$b_{\text{el}}^{\psi(2S)} = 4.31 \pm 0.57 \pm 0.46$ GeV$^{-2}$）は、$J/\psi$生成と整合的である一方、陽子非保存的生成の傾き（$b_{\text{pd}}^{\psi(2S)} = 0.59 \pm 0.13 \pm 0.12$ GeV$^{-2}$）は、$J/\psi$と比べて顕著に小さい。摂動的QCD計算は、波動関数の違いを考慮することで、データをうまく記述している。

ABSTRACT

Results on diffractive photoproduction of psi(2S) mesons are presented using data collected between 1996 and 2000 with the H1 detector at the HERA ep collider. The data correspond to an integrated luminosity of 77 pb^(-1). The energy dependence of the diffractive psi(2S) cross section is found to be similar to or possibly somewhat steeper than that for J/psi mesons. The dependences of the elastic and proton dissociative psi(2S) photoproduction cross sections on the squared momentum transfer t at the proton vertex are measured. The t-dependence of the elastic channel, parametrised as e^(bt), yields b_(el)^(psi(2S))=(4.31+-0.57+-0.46) GeV^(-2), compatible with that of the J/psi. For the proton dissociative channel the result b_(pd)^(psi(2S))=(0.59+-0.13+-0.12) GeV^(-2) is 2.3 standard deviations smaller than that measured for the J/psi. With proper account of the individual wavefunctions theoretical predictions based on perturbative QCD are found to describe the measurements well.

研究の動機と目的

• HERAにおけるep衝突での$ψ(2S)$メソンのドリフト的光生成断面積を測定すること。
• 弾性および陽子非保存的チャンネルにおける微分断面積の$t$依存性を特定すること。
• $ψ(2S)$の$t$依存性傾きを$J/\psi$のそれと比較し、理論的モデルを検証すること。
• 径励起波動関数の違いを考慮した摂動的QCD予測とデータの整合性を評価すること。

提案手法

• データは1996年から2000年の間、HERAのep衝突機でH1検出器を用いて収集され、統合した放射能は77 pb$^{-1}$に相当する。
• 頂点および運動量再構成を用いて、$\ell = e, \mu$ の$\ell\ell$および$\ell\ell\pi\pi$最終状態への$ψ(2S)$崩壊を選別した。
• 弾性および陽子非保存的チャンネルにおいて、陽子頂点での二乗運動量移行$t$の依存性を抽出した。
• 微分断面積は$e^{bt}$としてパラメータ化され、未畳み最大尤度法を用いて傾きパラメータ$b$が決定された。
• 系統的不確実性は、選別基準、バックグラウンドモデル、タギング効率の変更によって評価された。
• 摂動的QCDからの理論的予測は、$ψ(2S)$と$J/\psi$の波動関数の違いを組み込んで、データと比較された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ドリフト的$ψ(2S)$光生成断面積のエネルギー依存性は、$J/\psi$と比べてどのように異なるか？
• RQ2 弾性$ψ(2S)$光生成断面積の$t$依存性は何か？ また、$J/\psi$と比較するとどうなるか？
• RQ3 陽子非保存的$ψ(2S)$チャンネルの$t$依存性は、$J/\psi$とどのように異なるか？
• RQ4 径励起波動関数の違いを考慮した摂動的QCD計算は、測定された$ψ(2S)$断面積をどの程度うまく記述できるか？

主な発見

• 弾性$ψ(2S)$光生成の$t$依存性は、指数関数的$e^{bt}$でよく記述され、$b_{\text{el}}^{\psi(2S)} = 4.31 \pm 0.57 \pm 0.46$ GeV$^{-2}$であり、$J/\psi$の結果と整合的である。
• 陽子非保存的生成の傾きは$ b_{\text{pd}}^{\psi(2S)} = 0.59 \pm 0.13 \pm 0.12 $ GeV$^{-2}$ であり、$J/\psi$の値$1.07 \pm 0.03 \pm 0.11$ GeV$^{-2}$ よりも2.3標準偏差小さい。
• $ψ(2S)$と$J/\psi$の光生成断面積比$R = \sigma_{\psi(2S)}/\sigma_{J/\psi}$ は$W_{\gamma p}$に依存し、異なるエネルギー領域で0.150から0.203の間で変動する。
• 弾性および陽子非保存的チャンネルの測定された$t$依存性は、$ψ(2S)$と$J/\psi$の波動関数の違いを考慮した摂動的QCD計算によってよく記述されている。
• 傾きパラメータの系統的不確実性は、主にトリガおよび選別効率、およびバックグラウンド寄与の正規化に起因する。
• $\ell\ell$ および $\ell\ell\pi\pi$ 崩壊モードの両方を組み合わせた$ψ(2S)$生成の統合結果は、$b_{\text{el}} = 4.31 \pm 0.57 \pm 0.46$ GeV$^{-2}$ および $b_{\text{pd}} = 0.59 \pm 0.13 \pm 0.12$ GeV$^{-2}$ を得た。