[論文レビュー] Spin density matrix elements in exclusive $\omega$ electroproduction on $\mathrm{^1 H}$ and $\mathrm{^2 H}$ targets at 27.5 GeV beam energy

The HERMES Collaboration, A. Airapetian+98 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、27.5 GeVのビームエネルギーにおけるHERMESデータを用いて、水素および重水素標的に特徴的なω電磁生産におけるスピン密度行列要素（SDMEs）の初回抽出を報告する。非自然パリティ交換振幅の寄与が顕著であり、γ∗T→ωT遷移が自然パリティチャネルを上回ることが示され、縦方向対横方向の仮想光子断面積比R = 0.25 ± 0.03 ± 0.07が測定された。これはQ2依存性が弱く、sチャネルヘリシティ保存則からの強い逸脱を示している。

ABSTRACT

Exclusive electroproduction of $ω$ mesons on unpolarized hydrogen and deuterium targets is studied in the kinematic region of Q$^2$>1.0 GeV$^2$, 3.0 GeV < W < 6.3 GeV, and -t'< 0.2 GeV$^2$. Results on the angular distribution of the $ω$ meson, including its decay products, are presented. The data were accumulated with the HERMES forward spectrometer during the 1996-2007 running period using the 27.6 GeV longitudinally polarized electron or positron beam of HERA. The determination of the virtual-photon longitudinal-to-transverse cross-section ratio reveals that a considerable part of the cross section arises from transversely polarized photons. Spin density matrix elements are presented in projections of Q$^2$ or -t'. Violation of s-channel helicity conservation is observed for some of these elements. A sizable contribution from unnatural-parity-exchange amplitudes is found and the phase shift between those amplitudes that describe transverse $ω$ production by longitudinal and transverse virtual photons, $γ^{*}_{L} o ω_{T}$ and $γ^{*}_{T} o ω_{T}$, is determined for the first time. A hierarchy of helicity amplitudes is established, which mainly means that the unnatural-parity-exchange amplitude describing the $γ^*_T o ω_T$ transition dominates over the two natural-parity-exchange amplitudes describing the $γ^*_L o ω_L$ and $γ^*_T o ω_T$ transitions, with the latter two being of similar magnitude. Good agreement is found between the HERMES proton data and results of a pQCD-inspired phenomenological model that includes pion-pole contributions, which are of unnatural parity.

研究の動機と目的

• 高エネルギーにおける非極化1Hおよび2H標的に対する特徴的ω電磁生産におけるスピン密度行列要素（SDMEs）の測定。
• ω中間子生成におけるsチャネルヘリシティ保存則の仮説の検証。
• 自然パリティ交換（NPE）と非自然パリティ交換（UPE）振幅の相対的寄与の特定。
• 縦方向対横方向仮想光子断面積比Rの抽出とその運動量依存性の特定。
• γ∗L→ωTおよびγ∗T→ωT遷移を記述するUPE振幅間の位相差を初めて測定。

提案手法

• データは、非極化1Hおよび2H標的に対する27.6 GeVの縦方向に極化された電子/陽電子ビームを用いたHERMESフォワードスペンダーより収集された。
• ω中間子およびその崩壊生成物の角度分布から、15個の非極化および8個の極化SDMEsを抽出するために、アンビンド最大尤度法が用いられた。
• SDMEsは、仮想光子とω中間子間のスピン状態遷移に応じた5つのクラスに分類された。
• 仮想光子の縦方向対横方向断面積比Rは、SDMEs r11およびr21を用いて抽出された。
• UPE振幅間の位相差は、SDME r21の虚数部から決定された。
• パイオンポール寄与を含むpQCDにインspiredされた現象論的モデルが、データと比較のために用いられた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 特徴的ω電磁生産において、sチャネルヘリシティ保存則はどの程度破れているか？
• RQ2 ω生成に寄与する非自然パリティ交換（UPE）と自然パリティ交換（NPE）振幅の相対的寄与は何か？
• RQ3 ω電磁生産における縦方向対横方向仮想光子断面積比Rは、Q2にどのように依存するか？
• RQ4 γ∗L→ωTおよびγ∗T→ωT遷移を記述するUPE振幅間の位相差は何か？
• RQ5 パイオンポール寄与を含むpQCDにインspiredされたモデルは、HERMESのω電磁生産データを適切に記述できるか？

主な発見

• 縦方向対横方向仮想光子断面積比RはR = 0.25 ± 0.03 ± 0.07として測定され、ρ0中間子とは対照的にQ2にほとんど依存しないことが示された。
• sチャネルヘリシティ保存則の破れは、クラスCのSDME r500およびγ∗L→ωT遷移のクラスD SDMEsで観測された。
• γ∗T→ωT遷移のUPE振幅は、γ∗L→ωLおよびγ∗T→ωTのNPE振幅を上回って支配的であり、|U11|2 > |T11|2であることが示された。
• 横方向断面積におけるUPE対NPE非対称性は、陽子に対してP = −0.42 ± 0.06 ± 0.08、重水素に対してP = −0.64 ± 0.07 ± 0.12として測定された。
• UPE振幅U11（γ∗T→ωT）とU10（γ∗L→ωT）間の位相差が、初めて決定された。
• パイオンポール寄与（非自然パリティ）を含めたpQCDにインspiredされたモデルとHERMES陽子データとの間に良好な一致が得られた。