[논문 리뷰] Elastic and Proton-Dissociative Photoproduction of J/psi Mesons at HERA

H Collaboration|arXiv (Cornell University)|2013. 04. 18.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 HERA에서 H1 실험의 데이터를 사용하여 작은 |t|에서 양성자 분해성 J/ψ 광생성의 최초 정밀 측정을 제시한다. 탄성 및 양성자 분해성 단면적을 Wγp 및 t의 함수로 측정하였으며, 결과적으로 양성자 분해성 과정의 Wγp 의존도가 탄성 생성보다 현저히 약하다는 것이 나타났다. 이는 λJ/ψ = 0.168 ± 0.008로 산정된 글루온 밀도 매개변수 값이 포함된 깊은 비탄성 산란 데이터와 일치한다.

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.

연구 동기 및 목표

• HERA에서 J/ψ 메손의 탄성 및 양성자 분해성 광생성 단면적을 높은 정밀도로 측정하기.
• 이전 H1 측정치와 저 Wγp에서의 固정-타겟 실험 간의 격차를 메우기.
• 전자 및 뮤온 붕괴 채널의 데이터를 동시에 피팅하여 두 과정의 Wγp 및 t 의존도를 추출하기.
• 이론 모델 및 이전 측정치(고 Wγp에서의 LHCb 데이터 포함)와 결과를 비교하기.
• Wγp 의존도로부터 글루온 밀도 매개변수 λJ/ψ를 추출하고 포함된 깊은 비탄성 산란 데이터와 비교하기.

제안 방법

• 데이터는 √s ≈ 318 GeV 및 225 GeV에서의 ep 충돌에 대해 H1 검출기로 수집되었으며, 각각 130 pb⁻¹ 및 10.8 pb⁻¹의 통합 루미너시티를 가졌다.
• 단면적은 Wγp (25 < Wγp < 110 GeV) 및 t (탄성의 경우 |t| < 1.2 GeV², 양성자 분해성의 경우 |t| < 8 GeV²)의 함수로 측정되었다.
• J/ψ의 전자 및 뮤온 붕괴 채널을 조합하여 통계적 정밀도를 향상시켰다.
• 현상학적 피팅을 통해 Wγp 및 t 의존도를 적용하였으며, 탄성 과정(δel, N_el)과 양성자 분해성 과정(δpd, N_pd)에 대해 별도의 매개변수를 사용하였다.
• 단면적 비율 R = N_pd / N_el 및 차이 δR = δpd - δel 또한 피팅하였으며, 매개변수 간 상관관계를 고려했다.
• 글루온 밀도 매개변수 λJ/ψ는 μ² = 2.4 GeV²를 스케일로 하여 δel ≈ 4λ를 통해 추출되었으며, 포함된 깊은 비탄성 산란 데이터와 비교되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 양성자 분해성 J/ψ 광생성의 Wγp 의존도는 탄성 채널과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 탄성 J/ψ 생성의 Wγp 의존도로부터 유도된 글루온 밀도 매개변수 λJ/ψ의 정밀한 값은 무엇인가?
• RQ3 관측된 단면적은 이중 글루온 교환 모델 또는 기타 현상학적 피팅으로 잘 설명될 수 있는가?
• RQ4 HERA 측정치는 고 Wγp로의 외삽이 잘 되는가? LHCb 데이터와 비교하면 어떻게 되는가?
• RQ5 동시 피팅에서 δel, δpd, N_el, N_pd 간의 상관관계는 어떤 의미를 가지는가?

주요 결과

• 양성자 분해성 단면적은 탄성 단면적보다 Wγp 의존도가 현저히 약하며, δpd = 0.42 ± 0.05 이고 δel = 0.67 ± 0.03 로 나타났다.
• 단면적 비율 N_pd / N_el = 0.81 ± 0.11 은 1과 일치하여, 서로 다른 Wγp 의존도에도 불구하고 전반적인 생성률이 유사함을 시사한다.
• 글루온 밀도 매개변수 λJ/ψ = 0.168 ± 0.008 는 δel ≈ 4λ를 통해 추출되었으며, 포함된 깊은 비탄성 산란 피팅에서의 λ_incl(Q²=2.5 GeV²) = 0.166 ± 0.006 와 뛰어난 일치를 보였다.
• 최초로 작은 |t|에서의 양성자 분해성 J/ψ 생성 측정이 이루어졌으며, |t| < 8 GeV² 이고 M_Y < 10 GeV 이다.
• 저 Wγp 영역의 데이터는 이전 H1 측정치와 고정-타겟 실험 간의 격차를 성공적으로 메우며, J/ψ 광생성의 전반적 그림을 향상시켰다.