[論文レビュー] Search for Odderon induced contributions to exclusive Meson Photoproduction at HERA

Jan Olsson|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2001

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、HERAにおける$\pi^0$、$f_2(1270)$、$a_2(1320)$メソンの特徴的な光子生成過程において、オッドロンが寄与する可能性を多光子崩壊のシグネチャを用いて調査した。オッドロン交換の証拠は得られず、理論的予測値未満の95%信頼水準における断面積上限が得られた：$\sigma(\gamma p \to^\mathbb{O} \pi^0 N^*) < 39$ nb、$\sigma(\gamma p \to^\mathbb{O} f_2(1270)X) < 16$ nb、$\sigma(\gamma p \to^\mathbb{O} a_2(1320)X) < 96$ nb。

ABSTRACT

Odderon induced contributions to exclusive photoproduction of $π^{\circ}$, $f_2(1270)$ and $a_2(1320)$ have been searched for at HERA, using the multiphoton decays of these mesons. No indication for such contributions was found, in a kinematic region defined by the average photon-proton centre-of-mass energy $ = 200 - 215$ GeV, photon virtualities $Q^2 &lt; 0.01 $GeV$^2$ and $0.02 $GeV$^2 &lt; |t| &lt; 0.3 $GeV$^2$, where t is the squared momentum transfer at the proton vertex. The measured upper limits for the cross sections, $σ(γp o^{\hspace*{-2ex}\mathbb{O}}π^{\circ}N^{\ast}) &lt; 39$ nb, $σ(γp o^{\hspace*{-2ex}\mathbb{O}} f_2(1270)X) &lt; 16$ nb and $σ(γp o^{\hspace*{-2ex}\mathbb{O}} a_2(1320)X) &lt; 96$ nb, all at 95% CL, are lower than the predictions by a theoretical model. Exclusive photoproduction of $ω$ and $ωπ^{\circ}$, in the $3γ$ and $5γ$ decay modes, is observed with the expected cross sections.

研究の動機と目的

• 高エネルギー領域における特徴的な光子生成過程において、パメロンの$C = P = -1$の交換相手たるオッドロンの存在を検証すること。
• 非摂動的QCDモデルが予測する顕著なオッドロン寄与断面積が、実験的に確認可能かどうかを調査すること。
• パメロン交換では禁じられている量子数を持つ特徴的な最終状態（例：$\pi^0$、$f_2$、$a_2$メソン）を用いて、オッドロンの量子数を調べること。
• 多光子崩壊チャンネルを用いて、$W_{\gamma p} \approx 200-215$ GeVのエネルギー領域におけるオッドロン寄与断面積の厳密な上限を設定すること。

提案手法

• 多光子最終状態（$3\gamma$、$4\gamma$、$5\gamma$）を用いて、$\pi^0$、$f_2(1270)$、$a_2(1320)$メソンの崩壊シグネチャを特定する特徴的な光子生成事象を分析した。
• マスティック・バキュームモデル（MSV）に基づく$t$依存性を修正したモンテカルロシミュレーションを用いて、オッドロン交換寄与をモデル化した。
• HERAのH1検出器を用いて、2個以上の光子を含む事象を再構築し、$\pi^0$（$\gamma\gamma$）、$\omega$（$\gamma\pi^0$）、$\omega\pi^0$（$5\gamma$）の質量再構築を実施した。
• 運動学的およびトポロジー的基準を用いて、バックグラウンドとオッドロン信号を区別し、ピエチアを用いて自明なバックグラウンドをシミュレートした。
• 参考文献[19]の統計的手法を用いて、観測分布と期待されるバックグラウンドを比較し、95%信頼水準における断面積上限を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HERAにおける$\pi^0$、$f_2(1270)$、$a_2(1320)$メソンの特徴的光子生成過程において、オッドロン交換の実験的証拠は存在するか？
• RQ2 これらの過程の測定断面積は、オッドロンに基づく非摂動的QCDモデルの予測値を上回っているか？
• RQ3 MSVモデルが予測するオッドロン寄与断面積の$t$依存性は、$\pi^0$メソンの$p_T$スペクトルから観測可能か？
• RQ4 観測された$3\gamma$および$5\gamma$最終状態は、$\omega$および$\omega\pi^0$生成が想定されるパメロン交換と整合的か？

主な発見

• 4$\gamma$最終状態において、オッドロン寄与による$\pi^0$、$f_2(1270)$、$a_2(1320)$光子生成の顕著なシグナルは観測されなかった。
• 95%信頼水準における$\sigma(\gamma p \to^\mathbb{O} \pi^0 N^*)$の上限は39 nbであり、$W_{\gamma p} = 20$ GeVにおける理論的予測値294 nb（HERAエネルギーに外挿）を下回っていた。
• $\sigma(\gamma p \to^\mathbb{O} f_2(1270)X)$および$\sigma(\gamma p \to^\mathbb{O} a_2(1320)X)$の上限はそれぞれ16 nbおよび96 nbであり、モデル予測の21 nbおよび190 nbを下回っていた。
• 特徴的な$\omega$光子生成は$3\gamma$最終状態で観測され、断面積は$(1.25 \pm 0.17 \pm 0.22)$ $\mu$bであり、パメロン交換と一致し、先行測定と整合的であった。
• 特徴的な$\omega\pi^0$光子生成は$5\gamma$最終状態で観測され、断面積は$(980 \pm 200 \pm 200)$ nbであった。共鳴状態$b_1(1235)$成分は、低エネルギー領域のデータをHERAエネルギーに外挿した結果と整合的であった。
• バックグラウンドを差し引いた観測断面積は、HERAエネルギーにおける特徴的な$b_1(1235)$光子生成の予測値660 $\pm$ 250 nbと整合的であった。