[论文解读] Exclusive Vector Meson Production and Deeply Virtual Compton Scattering at HERA

A. Bruni, X. Janssen+1 more|ArXiv.org|Dec 2, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本文综述了HERA上单态矢量介子产生与深度虚拟康普顿散射（DVCS）的研究，利用H1与ZEUS的实验数据，在广泛的动量空间范围内检验量子色动力学（QCD）模型。结果表明，采用$k_t$-未积分胶子分布与广义部分子分布（GPDs）的微扰QCD理论能很好地描述实验数据，尤其在高$Q^2$与大$|t|$区域，此时BFKL演化与硬型衍射特征显现。

ABSTRACT

Exclusive vector meson production and deeply virtual Compton scattering are ideally suited reactions for studying the structure of the proton and the transition from soft to hard processes. The main experimental data obtained at HERA are summarised and presented in the light of QCD approaches.

研究动机与目标

• 通过HERA上的单态矢量介子产生与DVCS研究，理解QCD中从软型衍射向硬型衍射的过渡机制。
• 在不同动量空间区域检验微扰QCD方法（包括荷色子对偶因子化与共线因子化结合GPDs）的有效性。
• 通过自旋密度矩阵元与极化振幅，探究胶子分布与部分子横向动量关联的作用。
• 评估BFKL与DGLAP演化方程在大$|t|$衍射过程中的适用性，此类过程中胶子 ladder 两端均存在硬标度。
• 提取矢量介子波函数结构的洞察，并研究高能散射中非微扰效应的影响。

提出的方法

• 利用HERA上H1与ZEUS实验的单态矢量介子产生（$e+p \to e+VM+Y$）与DVCS（$e+p \to e+\gamma+Y$）数据。
• 采用荷色子对偶因子化形式描述$q\bar{q}$涨落、荷色子-质子散射及最终态矢量介子的再组合过程。
• 采用共线因子化结合广义部分子分布（GPDs）的方法，将硬标度（$Q^2$）与质子结构分离，包括横向动量与倾斜效应。
• 将实验测量的截面与$t$-分布与微扰QCD预测进行比较，采用$k_t$-未积分胶子分布与BFKL/DGLAP演化方程。
• 分析自旋密度矩阵元与极化振幅，以提取相位差与实部/虚部的$W$-依赖性。
• 对DVCS与包含结构函数数据进行联合拟合，以提取GPDs，并验证理论模型与实验数据的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 单态矢量介子产生与DVCS的$Q^2$、$W$与$t$依赖性如何约束QCD过程从软型向硬型转变的机制？
• RQ2 $k_t$-未积分胶子分布与基于GPD的计算在多大程度上能描述测量的截面与极化振幅？
• RQ3 在轻型矢量介子产生中，非微扰效应起什么作用，特别是对横向极化光子与大尺寸荷色子的情况？
• RQ4 BFKL与DGLAP演化方程在大$|t|$产生过程中表现如何，此时胶子 ladder 两端均存在硬标度？
• RQ5 测量的自旋密度矩阵元揭示了在单态过程中的前向振幅实部与虚部相对相位及其$W$-依赖性的哪些信息？

主要发现

• 在$|t| > 2~{\rm GeV}^2$区域，$J/\psi$与$\rho$的光致产生$t$-依赖性符合幂律，且能被采用固定$\alpha_s$的BFKL微扰QCD计算良好描述。
• 在$|t| > 2~{\rm GeV}^2$区域，$\rho$、$\phi$与$J/\psi$的有效Regge轨迹斜率$\alpha'$接近零或略为负值。
• BFKL演化正确描述了大$|t|$区域截面的$W$-依赖性，而DGLAP则不能，表明该区域中硬标度占主导。
• 纵向与横向截面之比$R$在$Q^2 \lesssim 10-20~{\rm GeV}^2$区域无显著$W$-依赖性，提示有限尺寸效应使$z$偏离$1/2$。
• 在$T_{00}$与$T_{11}$极化振幅之间观测到显著相位差，表明实部与虚部具有不同的$W$-依赖性。
• 基于GPD的计算与$k_t$-未积分胶子分布能成功描述全$Q^2$与$W$范围内的实验数据，验证了其在衍射过程中的适用性。