[論文レビュー] Event shape analysis of deep inelastic scattering events with a large rapidity gap at HERA

Breitweg J, M. Derrick+422 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 1997

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 54被引用数 31

ひとこと要約

この論文は、HERAにおける大スパンの急速性ギャップを示す深エネルギー散乱事象のイベント形状を分析し、γ∗−ポメロン系の中心系において検討している。ハドロン最終状態質量MXが増加するにつれて、イベントはより集束的かつ平面的になることが判明した。この現象を説明するには、クォーク結合やハードなグルーオンブレムストラールーに依存するモデルでは説明できないため、ポメロンに顕著なグルーオン成分が含まれている必要がある。

ABSTRACT

A global event shape analysis of the multihadronic final states observed in neutral current deep inelastic scattering events with a large rapidity gap with respect to the proton direction is presented. The analysis is performed in the range $5 \leq Q^2 \leq 185\gev^2$ and $160 \leq W \leq 250\gev$, where $Q^2$ is the virtuality of the photon and $W$ is the virtual-photon proton centre of mass energy. Particular emphasis is placed on the dependence of the shape variables, measured in the $\gamma^*-$pomeron rest frame, on the mass of the hadronic final state, $M_X$. With increasing $M_X$ the multihadronic final state becomes more collimated and planar. The experimental results are compared with several models which attempt to describe diffractive events. The broadening effects exhibited by the data require in these models a significant gluon component of the pomeron.

研究の動機と目的

• 大スパンの急速性ギャップを示す深エネルギー散乱事象におけるハドロン最終状態質量MXに依存するイベント形状変数の依存性を調査すること。
• 既存のモンテカルロモデルが、ジジェットに類似た最終状態の観測されたイベント幾何学的形状と運動量分布をどの程度説明できるかを検証すること。
• VBLYモデル（点的結合を含む）やRAPGAPモデル（パートン密度を含む）を用いて、データと比較することで、ポメロンの必要となる部分的構造を特定すること。
• グルーオン放射とポメロン構造が、高MXジジェット事象の広がりと平面性を説明する上で果たす役割を評価すること。
• 特に非摂動的ポメロン構造の文脈において、データを再現するために必要なグルーオン誘導イベントの割合を定量化すること。

提案手法

• イベント形状変数（球対称度、スルスト、およびイベント平面内・外の横方向運動量成分）が、γ∗−ポメロン系の中心系フレームで測定された。
• 分析は、5 ≤ Q² ≤ 185 GeV²および160 ≤ W ≤ 250 GeVの運動量領域で実施され、大スパンの急速性ギャップ事象を分離するためにηmax ≤ 1.8の制限が設けられた。
• POMPYT、VBLY、RAPGAPのモンテカルロモデルの予測とデータを比較した。各モデルはポメロン構造に関する異なる仮定を採用していた。
• VBLYモデルは、クォーク対およびグルーオン対への点的結合を用い、自由パラメータgIPqqおよびgIPggを含んでおり、球対称度、スルスト、β、|cos θS|の分布に合わせて調整された。
• RAPGAPモデルは、クォークおよびグルーオン密度を有するポメロンを含んでおり、この分析では追加のフィッティングを施さずにH1 F₂^D 構造関数データに合わせて調整された。
• 系統的不確かさは、ηmaxのカット、質量再構成手順、しきい値定義の変更によって評価された。主な誤差源は系統的誤差であった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大スパンの急速性ギャップを示すDIS事象において、球対称度、スルスト、および横方向運動量分布がMXが増加するにつれてどのように変化するか。
• RQ2 QCDに基づく標準的モデル（POMPYT）が、主に対数的高エネルギー領域のグルーオンブレムストラールーに依存しているが、観測された平面性と集束性をどの程度説明できるか。
• RQ3 データを再現するために、ポメロン交換過程におけるグルーオン誘導イベントの割合はどの程度必要か。また、これは使用されるモデルに依存するか。
• RQ4 高MX事象における観測された広がりは、特にグルーオン成分を有する非点的で部分的構造を持つポメロンの必要性を示唆するか。
• RQ5 結果はe+e−結合データとどのように比較できるか。また、これにより、DISにおけるジジェット最終状態のダイナミクスに何が示唆されるか。

主な発見

• MXが増加するにつれて、平均球対称度⟨S⟩および⟨1−T⟩が低下し、イベント形状がより集束的かつ平面的になる傾向が示された。
• イベント平面内の平均横方向運動量成分はMXとともに増加するが、平面外成分はほぼ一定のまま維持され、平面性の発展が確認された。
• 対数的高エネルギー領域のグルーオンブレムストラールーに依存するPOMPYTモデルは、データを再現できない。特に高MXにおける広がり効果が顕著に不一致を示した。
• VBLYモデルでは、データを記述するためにはグルーオン誘導イベントの50%（gIPgg結合による）が必要であり、RAPGAPモデルではポメロンに30%のグルーオン成分が必要であった。
• クォーク密度のみを含むRAPGAPモデルではデータを再現できず、クォーク対結合のみを含むVBLYモデルでも球対称度、スルスト、β分布を再現できないことが判明した。
• 観測された広がりは、同等エネルギーのe+e−結合と比較して強く、DISにおける大スパンの急速性ギャップを伴う事象に、より複雑なダイナミクスが関与していることを示唆している。