[논문 리뷰] Search for Odderon induced contributions to exclusive Meson Photoproduction at HERA

Jan Olsson|arXiv (Cornell University)|2001. 12. 07.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 HERA에서 $\pi^0$, $f_2(1270)$, $a_2(1320)$ 메손의 배제적 광자 생성 반응에서 오드로논에 기인한 기여를 다중 광자 붕괴 서명을 통해 탐색하였다. 오드로논 교환에 대한 증거는 발견되지 않았으며, 이론적 예측보다 낮은 95% 신뢰도 상한선이 획득되었다: $\sigma(\gamma p \to^\mathbb{O} \pi^0 N^*) < 39$ nb, $\sigma(\gamma p \to^\mathbb{O} f_2(1270)X) < 16$ nb, $\sigma(\gamma p \to^\mathbb{O} a_2(1320)X) < 96$ nb.

ABSTRACT

Odderon induced contributions to exclusive photoproduction of $π^{\circ}$, $f_2(1270)$ and $a_2(1320)$ have been searched for at HERA, using the multiphoton decays of these mesons. No indication for such contributions was found, in a kinematic region defined by the average photon-proton centre-of-mass energy $ = 200 - 215$ GeV, photon virtualities $Q^2 &lt; 0.01 $GeV$^2$ and $0.02 $GeV$^2 &lt; |t| &lt; 0.3 $GeV$^2$, where t is the squared momentum transfer at the proton vertex. The measured upper limits for the cross sections, $σ(γp o^{\hspace*{-2ex}\mathbb{O}}π^{\circ}N^{\ast}) &lt; 39$ nb, $σ(γp o^{\hspace*{-2ex}\mathbb{O}} f_2(1270)X) &lt; 16$ nb and $σ(γp o^{\hspace*{-2ex}\mathbb{O}} a_2(1320)X) &lt; 96$ nb, all at 95% CL, are lower than the predictions by a theoretical model. Exclusive photoproduction of $ω$ and $ωπ^{\circ}$, in the $3γ$ and $5γ$ decay modes, is observed with the expected cross sections.

연구 동기 및 목표

• 고에너지에서의 배제적 광자 생성 반응에서 옴프론의 $C = P = -1$ 교환 파art너인 오드로논의 존재를 검증하기 위해.
• 비추상적 양자 색역학 모델이 상당한 오드로논 기여 횡단면을 예측할 수 있는지 실험적으로 확인할 수 있는지 조사하기 위해.
• 예를 들어 $\pi^0$, $f_2$, $a_2$ 메손처럼 옴프론 교환으로는 금지된 배제적 최종 상태를 통해 오드로논의 양자수를 탐색하기 위해.
• 다중 광자 붕괴 채널을 사용하여 $W_{\gamma p} \approx 200-215$ GeV 범위에서 오드로논 기여 횡단면에 대한 엄격한 상한선을 설정하기 위해.

제안 방법

• 다중 광자 최종 상태($3\gamma$, $4\gamma$, $5\gamma$)를 갖는 배제적 광자 생성 사건을 활용하여, $\pi^0$, $f_2(1270)$, $a_2(1320)$ 메손을 그들의 붕괴 서명을 통해 식별하였다.
• 오드로논 교환 기여를 모델링하기 위해, 스토케스틱 바닥 모델(MSV) 기반의 수정된 $t$-의존성과 함께 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하였다.
• HERA의 H1 검출기를 사용하여 두 개 이상의 광자를 포함하는 사건을 재구성하였으며, $\pi^0$ ($\gamma\gamma$), $\omega$ ($\gamma\pi^0$), $\omega\pi^0$ ($5\gamma$) 최종 상태에 대해 질량 재구성을 수행하였다.
• 기본 상태와의 구별을 위해 운동학적 및 위상 기반 기준을 적용하였으며, 배경은 PYTHIA를 통해 단순화된 방식으로 시뮬레이션하였다.
• 관측된 분포를 기대 배경과 비교하여, 통계 방법을 사용해 95% 신뢰도 수준에서 횡단면 상한선을 계산하였다. 참고 문헌 [19]의 방법을 활용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HERA에서 $\pi^0$, $f_2(1270)$, $a_2(1320)$ 메손의 배제적 광자 생성 반응에서 오드로논 교환에 대한 실험적 증거가 있는가?
• RQ2 이러한 과정에 대한 측정된 횡단면이 오드로논 기반 비추상적 양자 색역학 모델의 예측을 초과하는가?
• RQ3 MSV 모델이 예측하는 오드로논 기여 횡단면의 $t$-의존성이 $\pi^0$ 메손의 $p_T$ 스펙트럼에서 관측될 수 있는가?
• RQ4 관측된 $3\gamma$ 및 $5\gamma$ 최종 상태는 $\omega$ 및 $\omega\pi^0$ 생성에 예상되는 옴프론 교환과 일치하는가?

주요 결과

• 배제적 $4\gamma$ 최종 상태에서 오드로논 기여 $\pi^0$, $f_2(1270)$, 또는 $a_2(1320)$ 광자 생성에 대해 유의미한 신호는 관측되지 않았다.
• 95% 신뢰도 수준에서 $\sigma(\gamma p \to^\mathbb{O} \pi^0 N^*)$의 상한선은 $39$ nb이며, $W_{\gamma p} = 20$ GeV에서 이론 예측인 $294$ nb보다 낮다. HERA 에너지로 외삽된 결과이다.
• $\sigma(\gamma p \to^\mathbb{O} f_2(1270)X)$ 및 $\sigma(\gamma p \to^\mathbb{O} a_2(1320)X)$에 대해 각각 $16$ nb 및 $96$ nb의 상한선이 설정되었으며, 이는 21 nb 및 190 nb의 모델 예측보다 낮다.
• 배제적 $\omega$ 광자 생성 반응은 $3\gamma$ 최종 상태에서 관측되었으며, 횡단면은 $(1.25 \pm 0.17 \pm 0.22)$ $\mu$b로, 옴프론 교환과 일치하며 이전 측정 결과와도 일치한다.
• 배제적 $\omega\pi^0$ 광자 생성 반응은 $5\gamma$ 최종 상태에서 관측되었으며, 횡단면은 $(980 \pm 200 \pm 200)$ nb였다. 공진형 $b_1(1235)$ 성분은 HERA 에너지로 외삽된 저에너지 데이터와 일치하였다.
• 배경 제거 후 관측된 $\omega\pi^0$ 횡단면은 HERA 에너지에서 배제적 $b_1(1235)$ 광자 생성에 대한 $660 \pm 250$ nb 예측과 일치한다.