[논문 리뷰] Diffractive Photoproduction of Psi(2S) Mesons at HERA

H Collaboration, C. Adloff|ArXiv.org|2002. 05. 31.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 H1 실험의 77 pb$^{-1}$ 데이터를 사용하여 HERA에서 $ψ(2S)$ 메손의 비탄성 광생성의 첫 측정을 제시한다. 탄성 $ψ(2S)$ 생성의 $t$-의존성($b_{\text{el}}^{\psi(2S)} = 4.31 \pm 0.57 \pm 0.46$ GeV$^{-2}$)는 $J/\psi$ 생성과 일치하는 반면, 양성자 분해 채널의 기울기($b_{\text{pd}}^{\psi(2S)} = 0.59 \pm 0.13 \pm 0.12$ GeV$^{-2}$)는 $J/\psi$의 경우보다 유의미하게 작으며, 이는 파라미터화된 양자 chromodynamics 계산이 파동함수의 차이를 고려할 때 데이터를 성공적으로 기술함을 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• HERA에서 $ep$ 충돌에서 $ψ(2S)$ 메손의 비탄성 광생성 단면적을 측정하기 위해.
• 탄성 및 양성자 분해 채널에 대한 미분 단면적의 $t$-의존성을 결정하기 위해.
• $ψ(2S)$의 $t$-의존성 기울기를 $J/\psi$의 것과 비교하여 이론 모델을 시험하기 위해.
• 반경운동 상태 파동함수의 차이를 고려할 때 데이터가 파라미터화된 양자 chromodynamics 예측과 얼마나 일치하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 데이터는 1996~2000년 기간 동안 HERA의 $ep$ 충돌기에서 H1 검출기로 수집되었으며, 누적 광도 77 pb$^{-1}$에 해당한다.
• 정점 및 운동량 재구성 기법을 사용하여 $\ell\ell$ 및 $\ell\ell\pi\pi$ 최종 상태($\ell = e, \mu$)로 붕괴하는 $ψ(2S)$를 선별하였다.
• 탄성 및 양성자 분해 채널에서 양성자 정점에서의 제곱 운동량 전이 $t$의 $t$-의존성을 추출하기 위해 피팅을 수행하였다.
• 미분 단면적은 $e^{bt}$로 매개변수화되었으며, 기울기 파ameter $b$는 비단순 최대우도 피팅을 통해 결정되었다.
• 체계적 불확실성은 선택 기준, 배경 모델, 태깅 효율성을 변화시켜 평가하였다.
• 파라미터화된 양자 chromodynamics의 이론적 예측은 $ψ(2S)$와 $J/\psi$의 파동함수 차이를 반영하여 데이터와 비교되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비탄성 $ψ(2S)$ 광생성 단면적의 에너지 의존성은 $J/\psi$와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 탄성 $ψ(2S)$ 광생성 단면적의 $t$-의존성은 무엇이며, $J/\psi$와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 양성자 분해 채널의 $ψ(2S)$의 $t$-의존성은 $J/\psi$와 어떻게 다를까?
• RQ4 반경운동 상태 파동함수의 차이를 고려한 파라미터화된 양자 chromodynamics 계산은 측정된 $ψ(2S)$ 단면적을 어느 정도 잘 기술하는가?

주요 결과

• 탄성 $ψ(2S)$ 광생성의 $t$-의존성은 $e^{bt}$로 잘 기술되며, $b_{\text{el}}^{\psi(2S)} = 4.31 \pm 0.57 \pm 0.46$ GeV$^{-2}$로, $J/\psi$ 결과와 일치한다.
• 양성자 분해 채널의 $ψ(2S)$ 기울기는 $b_{\text{pd}}^{\psi(2S)} = 0.59 \pm 0.13 \pm 0.12$ GeV$^{-2}$이며, $J/\psi$의 $1.07 \pm 0.03 \pm 0.11$ GeV$^{-2}$보다 2.3 표준편차 작다.
• $ψ(2S)$와 $J/\psi$ 광생성 단면적의 비율 $R = \sigma_{\psi(2S)}/\sigma_{J/\psi}$는 $W_{\gamma p}$에 따라 변하며, 다양한 에너지 영역에서 0.150에서 0.203 사이로 변동한다.
• 탄성 및 양성자 분해 채널의 측정된 $t$-의존성은 $ψ(2S)$와 $J/\psi$의 파동함수의 차이를 고려한 파라미터화된 양자 chromodynamics 계산에 의해 잘 기술된다.
• 기울기 파ameter의 체계적 불확실성은 주로 트리거 및 선택 효율성, 배경 기여의 정규화에 의해 지배된다.
• $\ell\ell$ 및 $\ell\ell\pi\pi$ 붕괴 모드를 모두 사용한 $ψ(2S)$ 생성의 통합 결과는 $b_{\text{el}} = 4.31 \pm 0.57 \pm 0.46$ GeV$^{-2}$ 및 $b_{\text{pd}} = 0.59 \pm 0.13 \pm 0.12$ GeV$^{-2}$를 제공한다.