[论文解读] Exclusive Central pi+pi- production in CDF

M. Albrow, Artur Święch+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 14, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本论文首次利用费米实验室的CDF探测器，在$\sqrt{s} = 900$和1960 GeV的$p\bar{p}$碰撞中测量了单独的中央$\pi^+\pi^-$产生过程。观测到了$f_0(980)$和$f_2(1270)$共振态，测量了作为质量与横动量函数的微分截面，并在$f_2(1270)$峰处发现横动量$p_T$的最小值，该结果与S波主导性及$X$-参考系中各向同性角分布一致。

ABSTRACT

Using the Collider Detector at Fermilab, CDF, we have measured exclusive pi+pi- production at sqrt(s) = 900 GeV and 1960 GeV. The pi+pi- pair is central, |y| < 1.0, and there are no other particles detected in |eta| < 5.9. We discuss the mass spectrum, showing f0(980) and f2(1270) resonances, s-dependence, pT-dependence, and angular distributions.

研究动机与目标

• 通过在$\sqrt{s} = 900$和1960 GeV的$p\bar{p}$碰撞中研究中心$\pi^+\pi^-$对产生的双 Pomeron 交换（DDPE）过程，开展研究。
• 在非微扰QCD占主导的能区，探究轻介子共振态（特别是$f_0(980)$和$f_2(1270)$）的量子数与产生机制。
• 通过将测量的微分截面与理论预测进行比较，检验包括杜伦大学和克拉科夫小组在内的理论模型。
• 通过$\pi^+\pi^-$和$K^+K^-$衰变模式，对$\chi_{c0}$和$\chi_{c2}$的产生设定上限，从而约束其在单个$J/\psi + \gamma$事件中的分支分数。

提出的方法

• 使用CDF在$\sqrt{s} = 900$和1960 GeV下的数据，采用仅要求恰好两个电荷相反的轨迹且在$|\eta| < 5.9$区域内无其他活动的单个触发条件，以确保存在大的快速度间隙。
• 应用严格的单个性筛选：在束流簇射计数器、契伦科夫亮度计数器或前向量能器中无信号，且中心量能器（$|\eta| < 1.3$）除触发簇集外为空白。
• 对由$|y(\pi^+\pi^-)| < 1.0$、$M(\pi^+\pi^-) > 0.8$ GeV和$p_T > 0.4$ GeV/c定义的物理区域进行接受度与效率修正。
• 通过可见截面$\sigma_{\text{vis}}$对截面进行归一化，其在1960 GeV下估计为$0.90 \pm 0.05$，在900 GeV下为$0.85 \pm 0.05$，该值由0偏置触发数据推导得出，用于校正探测器噪声与亮度。
• 测量微分截面$d\sigma/dM(\pi^+\pi^-)$与$d\sigma/dp_T(\pi^+\pi^-)$，假设在$X$-参考系中$\pi^+\pi^-$的角分布为各向同性S波。
• 分析$\pi^+$在$X$-参考系中的$\cos\theta^*$分布，以检验自旋效应与极化洗脱现象，并与理论预期进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在$\sqrt{s} = 900$和1960 GeV下，单个中心$\pi^+\pi^-$产生过程中产生了哪些共振态？其性质与已知介子态相比如何？
• RQ2 微分截面$d\sigma/dM$如何随质心系能量变化？这对其双 Pomeron 交换的$s$-依赖性有何启示？
• RQ3 在$X$-参考系中$\pi^+$的角分布是否与各向同性一致？这对其产生态的自旋结构与极化特性有何启示？
• RQ4 在$\pi^+\pi^-$和$K^+K^-$末态中，$\chi_{c0}$和$\chi_{c2}$产生的上限是多少？有多少比例的$J/\psi + \gamma$事件可归因于$\chi_{c0}$？
• RQ5 测量的截面与杜伦大学和克拉科夫小组的理论预测相比如何，特别是在$M \sim 3-4$ GeV区域？

主要发现

• 在$\sqrt{s} = 900$和1960 GeV下，均在$\pi^+\pi^-$质量谱中观测到$f_0(980)$共振态的微弱信号。
• 在质量谱中，$f_2(1270)$共振态是主导特征，在其峰值质量处横动量$p_T(\pi^+\pi^-)$出现明显最小值。
• $p_T$分布超过1.5 GeV后急剧上升，表明在$f_2(1270)$区域之外，产生动力学或末态相互作用发生了变化。
• $\pi^+$的$\cos\theta^*$分布至1.5 GeV内与各向同性一致，表明初始态极化被有效洗脱。
• 在$\sqrt{s} = 1960$ GeV与900 GeV的截面比值在$f_2(1270)$区域低于1 GeV以下区域，表明$f_2$区域的$s$-依赖性更陡峭。
• 在90%置信水平下，对$d\sigma/dy|_{y=0}(\chi_{c0})$设定了上限：在$\pi^+\pi^-$末态中为$21.4 \pm 4.2$ nb，在$K^+K^-$末态中为$18.9 \pm 3.8$ nb，表明$J/\psi + \gamma$事件中来自$\chi_{c0}(3415)$的部分小于25%。