[論文レビュー] Studies of the diffractive photoproduction of isolated photons at HERA

ZEUS Collaboration, Abt, I.+110 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2017

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 2

ひとこと要約

本研究では、ZEUS検出器を用いてHERAで得られた456 pb⁻¹のep衝突データを分析し、孤立した即時光子のドフラクティブ光子生成断面積の測定を初めて実施した。zmeas_IP > 0.9の領域で、Rapgapモンテカルロ予測を上回る顕著な過剰事象が観測され、標準部分素子モデルフレームワークでは説明できない直接Pomeron相互作用の証拠が得られた。

ABSTRACT

The photoproduction of isolated photons has been measured in diffractive events recorded by the ZEUS detector at HERA. Cross sections are evaluated in the photon transverse-energy and pseudorapidity ranges $5 < E_T < 15$ GeV and $-0.7 < η< 0.9,$ inclusively and also with a jet with transverse energy and pseudorapidity in the ranges $4 < E_{jet} < 35$ GeV and $-1.5 < η_{jet} < 1.8,$ using a total integrated electron-proton luminosity of 456 pb$^{-1}$. A number of kinematic variables were studied and compared to predictions from the Rapgap Monte Carlo model. An excess of data is observed above the Rapgap predictions for $z^{meas}_{Pomeron} > 0.9,$ where $z^{meas}_{Pomeron}$ is the fraction of the longitudinal momentum of the colourless "Pomeron" exchange that is transferred to the photon-jet final state, giving evidence for direct Pomeron interactions.

研究の動機と目的

• HERAにおけるep衝突における孤立即時光子のドフラクティブ光子生成断面積の微分的および統計的断面積を測定すること。
• 特にzmeas_IPを用いた運動量分布の分析を通じて、ドフラクティブ過程におけるPomeron交換の性質を調査すること。
• Rapgapモンテカルロモデルが直接的および解体的光子-Pomeron相互作用を記述する能力を検証すること。
• 標準的なIngelman-SchleinのPomeronモデルに含まれない直接Pomeron相互作用の証拠を探索すること。
• 光子およびジェットの横断的エネルギー、準垂直性、方位角分離角といった複数の運動量変数において、データと予測を比較すること。

提案手法

• HERA-II運用中にZEUS検出器で収集されたデータ（積分的全ラティチュード456 pb⁻¹）。
• 即時孤立光子（5 < Eγ_T < 15 GeV、−0.7 < ηγ < 0.9）と少なくとも1つのジェット（4 < Ejet_T < 35 GeV、−1.5 < ηjet < 1.8）を有するイベントを選別し、速さギャップ（ηmax < 2.5）およびxIP < 0.03を要件とした。
• 光子の孤立性は、再構成されたジェット内でのエネルギーの90%の要件により強制された。
• zmeas_IP、Eγ_T、ηγ、Ejet_T、ηjet、W、xγ、xIP、MX、Δφ、Δη、ηmaxの関数として微分断面積を測定した。
• Rapgapモンテカルロシミュレーション（重み付けなしおよび再重み付けあり）とデータを比較し、モデルの性能を評価した。
• HERA-Iデータを用いてプロトン崩壊の補正を実施し、崩壊補正係数0.84を適用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 孤立光子のドフラクティブ光子生成において、直接Pomeron相互作用の証拠は存在するか？
• RQ2 Rapgapモンテカルロモデルは、ドフラクティブ光子ジェットイベントの運動量分布をどの程度よく記述できるか？
• RQ3 zmeas_IP、すなわちPomeronの運動量のうち光子-ジェット系に移行する割合の関数としての微分断面積の形状と正規化はいかなるものか？
• RQ4 データは、光子生成と深エネルギーカット衝突領域の両方で普遍的なPomeron PDFを示していると整合的か？
• RQ5 高zmeas_IP領域における、解体的光子過程と直接的光子相互作用の寄与はそれぞれどの程度か？

主な発見

• zmeas_IP ≥ 0.9の領域で、Rapgap予測を上回るデータの過剰が観測され、zmeas_IPが大きくなるほど有意性が増し、直接Pomeron相互作用の寄与が示唆された。
• 孤立光子の包括的ドフラクティブ光子生成断面積は1.21 ± 0.10+0.10−0.16 pbであり、少なくとも1つのジェットを伴う場合は1.14 ± 0.10+0.07−0.15 pbであった。
• zmeas_IP < 0.9の領域では、Rapgap予測が形状および正規化の両面でデータとよく一致しており、DISから導かれたPomeron PDFの普遍性が支持された。
• Δφの分布から、単一ジェットイベントが支配的であり、光子とジェットが方位角方向に反対側に配置されていることが確認された。
• zmeas_IP ≥ 0.9領域の過剰は、イベント選別条件の変更（ηmaxカットの削除や異なるxIP選択）に対しても安定しており、頑健であった。
• 現在の理論的モデルでは観測された過剰を予測できず、このチャネルにおける直接Pomeron相互作用の実験的証拠として初めてのものである。