[논문 리뷰] Production of Exclusive Dijets in Diffractive Deep Inelastic Scattering at HERA

H. Abramowicz, I. Abt외 143명|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 372 pb⁻¹의 데이터를 사용하여 HERA에서 분해형 깊은 비탄성 산란에서 배제적 디젯 생성을 처음으로 측정한다. β 및 φ에 대한 미분 단면적을 측정하여, 이중 글루온 교환 모형이 특히 φ 분포의 형태를 가장 잘 기술하는 것으로 나타났다. 그러나 두 모형 모두 절대 단면적을 약 2배 정도 과소평가하여, 고차항 보정이 누락되었거나, 상당한 글루온 분포 진화 효과가 있을 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

Production of exclusive dijets in diffractive deep inelastic $e^\pm p$ scattering has been measured with the ZEUS detector at HERA using an integrated luminosity of 372 pb$^{-1}$. The measurement was performed for $\gamma^*-p$ centre-of-mass energies in the range $90 < W < 250$ GeV and for photon virtualities $Q^2 > 25$ GeV$^2$. Energy and transverse-energy flows around the jet axis are presented. The cross section is presented as a function of $\beta$ and $\phi$, where $\beta=x/x_{ m I\!P}$, $x$ is the Bjorken variable and $x_{ m I\!P}$ is the proton fractional longitudinal momentum loss. The angle $\phi$ is defined by the $\gamma^*-$dijet plane and the $\gamma^*-e^\pm$ plane in the rest frame of the diffractive final state. The $\phi$ cross section is measured in bins of $\beta$. The results are compared to predictions from models based on different assumptions about the nature of the diffractive exchange.

연구 동기 및 목표

• HERA에서 분해형 깊은 비탄성 산란에서 배제적 디젯 생성을 측정하기 위해.
• 디저프티브 교환의 성격을 디젯 정지 프레임에서의 각도 분포를 통해 탐구하기 위해.
• 특히 이중 글루온 교환 모형과 해소된 포미론 모형을 포함한 디저프티브 과정 이론 모형을 시험하기 위해.
• φ에 의존하는 단면적을 통해 디젯 생성에서 q¯q 및 q¯qg 성분의 상대 기여를 규명하기 위해.
• Q² > 25 GeV², 90 < W < 250 GeV의 운동역학적 범위에서 고정밀도 데이터와의 비교를 통해 최초 주문 예측의 타당성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 372 pb⁻¹의 통합 루미너시를 가진 ZEUS 검출기로, β 및 φ에 대한 미분 단면적 dσ/dβ 및 dσ/dφ를 측정하였다.
• β = x/xIP로 정의되며, 여기서 x는 비요르켄 변수이고, xIP는 양성자에서의 분수형 종방향 운동량 손실이다.
• φ는 디젯 정지 프레임에서 γ*–dijet 평면과 γ*–e± 평면 사이의 각도이다.
• 각도 의존성을 정량화하기 위해 1 + A cos 2φ로 φ 분포를 매개변수화하였다.
• 이중 글루온 교환 모형(모든 q¯q 및 q¯qg 기여 포함)과 해소된 포미론 모형의 예측과 데이터를 비교하였다.
• 파트론의 횡방향 운동량 컷을 스캔하여 데이터와의 일치도를 최적화하였으며, pT,cut = 1.75 GeV일 때 q¯q 기여도가 가장 잘 맞는 것으로 나타났다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 배제적 디젯의 φ 분포는 β에 따라 어떻게 변하고, 이는 기본 역학에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ2 이중 글루온 교환 모형과 해소된 포미론 모형은 측정된 dσ/dφ 및 dσ/dβ 분포를 어느 정도 잘 기술하는가?
• RQ3 φ 분포를 통해 유추된 바에 따르면, 배제적 디젯 생성에서 q¯q 대비 q¯qg 최종 상태의 상대 기여는 얼마인가?
• RQ4 왜 측정된 절대 단면적이 두 최초 주문 모형의 예측보다 크며, 그 이유는 무엇인가?
• RQ5 데이터와 예측 간의 괴리가 고차항 양자 chromodynamics 보정 또는 비대칭 글루온 분포의 진화 효과로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 측정된 절대 단면적은 72 pb이며, 이는 이중 글루온 교환 모형의 예측값 38 pb보다 뚜렷이 크며, 양성자 분해배경으로 인한 정규화 불확도는 ±27%이다.
• 해소된 포미론 모형은 저β 영역에서 데이터를 2배 과소평가하고 고β 영역에서는 10배나 과소평가하며, β > 0.4일 경우 괴리는 유의미하다.
• pT,cut = 1.75 GeV인 이중 글루온 교환 모형은 β ∈ (0.3, 0.7) 범위에서 φ 분포의 형태를 잘 기술하지만, 해소된 포미론 모형은 거의 일정한 양의 기울기 A를 예측하여 데이터와 일치하지 않는다.
• q¯q 성분의 비율 Rq¯q = σ(q¯q)/σ(q¯q+q¯qg)는 원래 계산에서 사용된 1.75 GeV가 아닌, 1.75 GeV의 파트론 횡방향 운동량 컷으로 가장 잘 기술된다.
• q¯q 전용 예측은 저β 영역에서 β 분포를 잘 기술하지 못하지만, 고β 영역에서는 q¯qg 기여가 덜 지배적이므로 데이터와 일치한다.
• 이중 글루온 교환 모형에서는 φ 분포 기울기 파ameter A가 양에서 음으로 변화하며 데이터와 일치하지만, 해소된 포미론 모형은 일정한 양의 A를 예측하여 데이터 경향과 일치하지 않는다.