[论文解读] Diffractive Dijet Production with a Leading Proton in ep Collisions at HERA

H1 Collaboration|arXiv (Cornell University)|Feb 5, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本论文首次测量了在HERA的ep碰撞中，通过H1极 forward 质子谱仪探测到的领先质子的双角动量析出过程，覆盖了光致产生（Q² < 2 GeV²）和深度非弹性散射（4 < Q² < 80 GeV²）两种情形。关键结果为数据与NLO QCD预测的双比值为0.51 ± 0.09，表明光致产生相比深度非弹性散射存在显著抑制，证实了双角动量析出过程中因子分解的破坏，并排除了质子非弹性衰变贡献作为原因的可能性。

ABSTRACT

The cross section of the diffractive process e^+p -&gt; e^+Xp is measured at a centre-of-mass energy of 318 GeV, where the system X contains at least two jets and the leading final state proton p is detected in the H1 Very Forward Proton Spectrometer. The measurement is performed in photoproduction with photon virtualities Q^2 &lt;2 GeV^2 and in deep-inelastic scattering with 4 GeV^2

研究动机与目标

• 通过H1极 forward 质子谱仪探测到领先质子，测量ep碰撞中的双角动量析出过程，确保获得无低质量质子衰变背景的纯净事例样本。
• 通过比较光致产生与深度非弹性散射（DIS）截面，检验微扰QCD因子分解在双角动量析出过程中的有效性。
• 研究观测到的光致产生相比DIS的抑制是否源于超出一阶微扰QCD的物理机制，或源于质子非弹性衰变过程的贡献。
• 为未来双角动量部分子分布函数（PDF）的全局拟合提供高精度数据。
• 研究抑制效应在快速度间隙、喷注横向能量及质子动量分数等运动学变量上的形状依赖性。

提出的方法

• H1极 forward 质子谱仪探测双角动量ep碰撞中的领先质子，实现对具有大快速度间隙且质子衰变背景极小的事例的纯净选择。
• 双角动量喷注事例通过末态中至少两个喷注进行选择，要求E_T^*jet1 > 5.5 GeV且E_T^*jet2 > 4.0 GeV。
• 分析将事例划分为光致产生（Q² < 2 GeV²）和深度非弹性散射（4 < Q² < 80 GeV²）两个区域。
• 采用基于H12006 Fit-B双角动量PDF的下一阶（NLO）QCD计算作为理论预测进行比较。
• 计算截面比值（光致产生与DIS之比）和双比值（数据与NLO预测之比），以抑制理论不确定性。
• 利用|Δη^jets|、y、z_IP和E_T^*jet1等运动学变量，研究抑制效应的形状依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的双角动量析出光致产生相比DIS的抑制是否与双角动量PDF中QCD因子分解假设一致？
• RQ2 该抑制是否可由质子非弹性衰变贡献解释，还是源于超出一阶微扰QCD的内在物理机制？
• RQ3 微分截面及其比值如何依赖于快速度间隙、喷注能量和动量分数z_IP等运动学变量？
• RQ4 基于H12006 Fit-B双角动量PDF的NLO QCD计算在光致产生和DIS中对测量数据的描述程度如何？
• RQ5 数据与NLO预测的双比值在整个运动学范围内是否保持恒定，表明存在普遍抑制？

主要发现

• 数据与NLO预测的双比值测量结果为0.51 ± 0.09，表明光致产生相比DIS存在显著抑制。
• 该抑制在z_IP和E_T^*jet1的测量范围内保持一致，未观测到对x_gamma^obs的显著依赖性。
• 观测到的抑制无法由质子非弹性衰变过程解释，因为领先质子探测已排除此类贡献。
• 基于H12006 Fit-B双角动量PDF的NLO QCD计算在不确定度范围内良好描述了DIS数据，证实了该区域的因子分解成立。
• 数据表明，在双角动量析出光致产生过程中因子分解被破坏，与此前使用不同事例选择方法的H1测量结果一致。
• 截面比值随|Δη^jets|和y的变化形状未被NLO QCD或RAPGAP良好描述，但精度有限，尚无法得出强结论。