[논문 리뷰] Event shape analysis of deep inelastic scattering events with a large rapidity gap at HERA

Breitweg J, M. Derrick외 422명|arXiv (Cornell University)|1997. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 54인용 수 31

한 줄 요약

이 논문은 HERA에서 큰 빠르기 갭을 가진 깊은 비탄성 산란 사건에서 이벤트 형상에 대해 분석하며, γ∗−pomeron 관성계를 중심으로 다룬다. MX의 증가함에 따라 사건들이 더욱 뭉쳐지고 평면형이 되며, 이는 데이터를 설명하기 위해 pomeron에 상당한 구름 성분이 필요함을 시사한다. 이는 뿌리의 쿼크 결합 또는 딱딱한 구름 복사에 의존하는 모델로는 설명되지 않는다.

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.

연구 동기 및 목표

• 큰 빠르기 갭이 있는 깊은 비탄성 산란에서, 이벤트 형상 변수들이 하드닉 final state 질량 MX에 따라 어떻게 변화하는지 연구하기 위해.
• 기존 몬테카를로 모델이 이중제트 유사 final state의 관측된 이벤트 기하학성과 운동량 흐름을 얼마나 잘 기술하는지 테스트하기 위해.
• VBLY와 RAPGAP 모델을 사용하여, 점성상 결합(점성상 결합) 또는 파arton 밀도를 포함하는 모델과의 비교를 통해 pomeron의 필요 파arton 구조를 규명하기 위해.
• 구름 복사와 pomeron의 구조가 고-MX 이중제트 사건의 넓어짐과 평면형을 설명하는 데 어떤 역할을 하는지 평가하기 위해.
• 특히 비양자역학적 pomeron의 구조를 고려할 때, 데이터를 재현하기 위해 필요한 구름 유도 사건의 비율을 정량화하기 위해.

제안 방법

• 이벤트 형상 변수들—구형도, 스러스트, 그리고 이벤트 평면 내외의 횡방향 운동량 성분—은 γ∗−pomeron의 중심질량계에서 측정되었다.
• 분석은 5 ≤ Q² ≤ 185 GeV² 및 160 ≤ W ≤ 250 GeV의 운동역학적 범위에서 수행되었으며, 큰 빠르기 갭 사건을 분리하기 위해 ηmax ≤ 1.8로 제한되었다.
• POMPYT, VBLY, RAPGAP 몬테카를로 모델의 예측과 데이터를 비교하였다. 각 모델은 pomeron의 구조에 대해 다른 가정을 가졌으며.
• VBLY 모델은 자유 매개변수 gIPqq와 gIPgg를 가진 쿼크 및 구름 쌍에 대한 점성상 결합을 사용하였으며, 구형도, 스러스트, β, |cos θS|의 분포에 적합하도록 조정되었다.
• RAPGAP 모델은 쿼크 및 구름 밀도를 가진 pomeron을 포함하며, 이 분석에서는 추가 조정 없이 H1 F₂^D 구조 함수 데이터에 적합되었다.
• 체계적 불확실성은 ηmax에 대한 컷, 질량 재구성 절차, 임계값 정의의 변화를 통해 평가되었으며, 주요 오차 원천은 체계적 오차였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 큰 빠르기 갭이 있는 DIS 사건에서, 구형도, 스러스트, 횡방향 운동량 분포와 같은 이벤트 형상 변수들이 MX가 증가함에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 POMPYT와 같이 주로 로그-로그 구름 복사에 의존하는 표준 QCD 기반 모델이 관측된 평면성과 뭉쳐짐을 얼마나 잘 기술할 수 있는가?
• RQ3 데이터를 재현하기 위해 pomeron 교환 과정에서 필요한 구름 유도 사건의 비율은 얼마이며, 이는 어떤 모델에 따라 달라지는가?
• RQ4 고-MX 사건에서 관측된 넓어짐은 구름 성분이 포함된 비점성상, 파톤적 구조를 가진 pomeron이 필요하게 하는가?
• RQ5 결과는 e+e− 결합 반응 데이터와 어떻게 비교되며, 이는 DIS에서의 이중제트 final state 역학에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• MX가 증가함에 따라 평균 구형도 ⟨S⟩와 ⟨1−T⟩가 감소하여, 사건 형상이 더욱 뭉쳐지고 평면형으로 변화함을 나타낸다.
• 이벤트 평면 내 횡방향 운동량 성분의 평균은 MX가 증가함에 따라 증가하지만, 평면 외 성분은 거의 일정하게 유지되어 평면형의 발달을 확인한다.
• 주로 로그-로그 구름 복사에 기반한 POMPYT 모델은 데이터를 재현하지 못하며, 특히 고-MX 넓어짐 효과에서 실패한다.
• VBLY 모델은 데이터를 기술하기 위해 50%의 구름 유도 사건(구름 쌍에 의한 gIPgg 결합)이 필요하며, RAPGAP는 pomeron 내 30%의 구름 성분이 필요하다.
• 쿼크 밀도만 포함된 RAPGAP는 데이터를 기술하지 못하며, 쿼크 쌍 결합만 포함된 VBLY는 구형도, 스러스트, β 분포를 재현하지 못한다.
• 관측된 넓어짐은 동일 에너지에서의 e+e− 결합 반응보다 더 강력하여, 큰 빠르기 갭이 있는 DIS에서 더 복잡한 역학이 작용하고 있음을 시사한다.