[论文解读] Diffractive Photoproduction of Psi(2S) Mesons at HERA

H Collaboration, C. Adloff|ArXiv.org|May 31, 2002

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 10

一句话总结

本论文利用H1实验的77 pb$^{-1}$数据，首次测量了HERA上$ψ(2S)$介子的 diffractive photoproduction。结果表明，弹性$ψ(2S)$产生过程的$t$-依赖性（$b_{ ext{el}}^{ ext{ψ(2S)}} = 4.31 \pm 0.57 \pm 0.46$ GeV$^{-2}$）与$J/\psi$产生一致，而质子非弹性通道的斜率（$b_{ ext{pd}}^{ ext{ψ(2S)}} = 0.59 \pm 0.13 \pm 0.12$ GeV$^{-2}$）显著小于$J/\psi$，且微扰QCD计算在考虑波函数差异的情况下成功描述了实验数据。

ABSTRACT

Results on diffractive photoproduction of psi(2S) mesons are presented using data collected between 1996 and 2000 with the H1 detector at the HERA ep collider. The data correspond to an integrated luminosity of 77 pb^(-1). The energy dependence of the diffractive psi(2S) cross section is found to be similar to or possibly somewhat steeper than that for J/psi mesons. The dependences of the elastic and proton dissociative psi(2S) photoproduction cross sections on the squared momentum transfer t at the proton vertex are measured. The t-dependence of the elastic channel, parametrised as e^(bt), yields b_(el)^(psi(2S))=(4.31+-0.57+-0.46) GeV^(-2), compatible with that of the J/psi. For the proton dissociative channel the result b_(pd)^(psi(2S))=(0.59+-0.13+-0.12) GeV^(-2) is 2.3 standard deviations smaller than that measured for the J/psi. With proper account of the individual wavefunctions theoretical predictions based on perturbative QCD are found to describe the measurements well.

研究动机与目标

• 测量HERA上ep碰撞中$ψ(2S)$介子的diffractive光致产生截面。
• 确定弹性与质子非弹性通道微分截面的$t$-依赖性。
• 将$ψ(2S)$的$t$-依赖性斜率与$J/\psi$进行比较，以检验理论模型。
• 评估数据与考虑径向激发波函数差异的微扰QCD预测之间的兼容性。

提出的方法

• 数据采集使用HERA ep对撞机上的H1探测器，时间范围为1996–2000年，总积分亮度为77 pb$^{-1}$。
• 通过顶点和运动学重建，选择$ψ(2S)$衰变为$\ell\ell$和$\ell\ell\pi\pi$末态（$\ell = e, \mu$）的事件。
• 通过拟合弹性与质子非弹性通道中质子顶点处的平方动量转移$t$，提取截面的$t$-依赖性。
• 微分截面参数化为$e^{bt}$，并通过无模型最大似然拟合确定斜率参数$b$。
• 通过改变选择标准、背景模型和标记效率，评估系统误差。
• 将微扰QCD理论预测与数据进行比较，考虑了$ψ(2S)$与$J/\psi$波函数的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 diffractive $ψ(2S)$光致产生截面的能量依赖性与$J/\psi$相比如何？
• RQ2 弹性$ψ(2S)$光致产生截面的$t$-依赖性是什么？与$J/\psi$相比有何差异？
• RQ3 质子非弹性$ψ(2S)$通道的$t$-依赖性与$J/\psi$相比有何不同？
• RQ4 考虑径向激发波函数差异后，微扰QCD计算在多大程度上能描述测量的$ψ(2S)$截面？

主要发现

• 弹性$ψ(2S)$光致产生的$t$-依赖性可用指数函数$e^{bt}$良好描述，其中$b_{\text{el}}^{\text{ψ(2S)}} = 4.31 \pm 0.57 \pm 0.46$ GeV$^{-2}$，与$J/\psi$结果一致。
• 对于$ψ(2S)$，质子非弹性通道的斜率为$b_{\text{pd}}^{\text{ψ(2S)}} = 0.59 \pm 0.13 \pm 0.12$ GeV$^{-2}$，比$J/\psi$的$1.07 \pm 0.03 \pm 0.11$ GeV$^{-2}$小2.3个标准差。
• 在不同能量区间，$ψ(2S)$与$J/\psi$光致产生截面之比$R = \sigma_{\psi(2S)}/\sigma_{J/\psi}$在0.150至0.203之间变化。
• 弹性与质子非弹性通道的测量$t$-依赖性均能被考虑$ψ(2S)$与$J/\psi$波函数差异的微扰QCD计算良好描述。
• 斜率参数的系统误差主要来源于触发效率和选择效率，以及背景贡献的归一化。
• 结合$\ell\ell$与$\ell\ell\pi\pi$衰变模式的$ψ(2S)$产生结果，得到$b_{\text{el}} = 4.31 \pm 0.57 \pm 0.46$ GeV$^{-2}$和$b_{\text{pd}} = 0.59 \pm 0.13 \pm 0.12$ GeV$^{-2}$。