[論文レビュー] Elastic and Proton-Dissociative Photoproduction of J/psi Mesons at HERA

H Collaboration|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2013

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 14

ひとこと要約

本論文は、HERAのH1実験から得られたデータを用いて、小規模な|t|における陽子崩壊的J/ψ光生成の最初の正確な測定を提示する。Wγpおよびtの関数として、弾性および陽子崩壊的断面積を測定した。結果は、陽子崩壊的過程が弾性生成と比較してWγp依存性が著しく弱いことを示しており、グルーオン密度パラメータλJ/ψ = 0.168 ± 0.008は、包括的深エネルギーシンチレーションデータと一致している。

ABSTRACT

Cross sections for elastic and proton-dissociative photoproduction of J/psi mesons are measured with the H1 detector in positron-proton collisions at HERA. The data were collected at $ep$ centre-of-mass energies sqrt{s} approx 318 GeV and sqrt{s} approx 225 GeV, corresponding to integrated luminosities of L = 130 pb^{-1} and L = 10.8 pb^{-1}, respectively. The cross sections are measured as a function of the photon-proton centre-of-mass energy in the range 25< Wgp < 110 GeV. Differential cross sections $\mathrm{d}σ/ \mathrm{d}t$, where $t$ is the squared four-momentum transfer at the proton vertex, are measured in the range $|t| < 1.2 \, \gevsq$ for the elastic process and $|t| < 8 \, \gevsq$ for proton dissociation. The results are compared to other measurements. The $\Wgp$ and $t$-dependences are parametrised using phenomenological fits.

研究の動機と目的

• HERAにおけるJ/ψメソンの弾性および陽子崩壊的光生成断面積を高精度で測定すること。
• 低Wγpにおける以前のH1測定と固定標的に基づく実験との間のギャップを埋めること。
• 電子およびミュオン崩壊チャンネルの両方のデータを同時にフィットすることで、両過程のWγpおよびt依存性を抽出すること。
• 理論的モデルおよび以前の測定（特に高WγpにおけるLHCbデータ）と結果を比較すること。
• Wγp依存性からグルーオン密度パラメータλJ/ψを特定し、包括的ディープインエラスティック散乱（DIS）データと比較すること。

提案手法

• データは、√s ≈ 318 GeVおよび225 GeVのep衝突においてH1検出器を用いて収集され、それぞれ130 pb⁻¹および10.8 pb⁻¹の統合放射能を有する。
• 断面積は、Wγp（25 < Wγp < 110 GeV）およびt（弾性では|t| < 1.2 GeV²、陽子崩壊的では|t| < 8 GeV²）の関数として測定された。
• J/ψの電子およびミュオン崩壊チャンネルを組み合わせることで統計的精度を向上させた。
• 現象論的フィットをWγpおよびt依存性に適用し、弾性（δel, N_el）および陽子崩壊的（δpd, N_pd）過程の別々のパラメータを用いた。
• 断面積比R = N_pd / N_elおよび差分δR = δpd - δelもフィットし、パラメータ間の相関を考慮した。
• グルーオン密度パラメータλJ/ψは、δel ≈ 4λ（μ² = 2.4 GeV²をスケールとして）を用いて抽出され、包括的DISデータと比較された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 陽子崩壊的J/ψ光生成のWγp依存性は、弾性チャンネルと比べてどのように異なるか？
• RQ2 弾性J/ψ生成のWγp依存性から得られるグルーオン密度パラメータλJ/ψの正確な値は何か？
• RQ3 観測された断面積は、2グルーオン交換モデルや他の現象論的フィットで説明可能か？
• RQ4 HERAの測定結果は高Wγpにどのように外挿可能であり、LHCbデータとどのように比較できるか？
• RQ5 同時にフィットされたパラメータδel、δpd、N_el、N_pd間の相関の有意性は何か？

主な発見

• 陽子崩壊的断面積は、弾性断面積と比較してWγp依存性が著しく弱く、δpd = 0.42 ± 0.05（δel = 0.67 ± 0.03）であった。
• 断面積比N_pd / N_el = 0.81 ± 0.11は1に近い値であり、異なるWγp依存性にもかかわらず、全体的な生成率が同程度であることを示している。
• グルーオン密度パラメータλJ/ψ = 0.168 ± 0.008はδel ≈ 4λから抽出され、λ_incl(Q²=2.5 GeV²) = 0.166 ± 0.006（包括的DISフィットから）と非常に良好に一致した。
• 一次的2グルーオン交換モデルはデータをよく説明でき、高Wγpにおける外挿フィット関数はLHCbデータと一致した。
• 小規模|t|（|t| < 8 GeV²、M_Y < 10 GeV）における陽子崩壊的J/ψ生成の最初の正確な測定が達成された。
• 低Wγpにおけるデータは、以前のH1測定と固定標的に基づく実験とのギャップを効果的に埋め、J/ψ光生成の全体像を改善した。