[论文解读] Elastic and Proton-Dissociative Photoproduction of J/psi Mesons at HERA

H Collaboration|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2013

High-Energy Particle Collisions Research被引用 14

一句话总结

本论文利用HERA上H1实验的数据，首次精确测量了小|t|下的质子分离型J/ψ光致产生过程，测量了弹性与质子分离型截面随Wγp和t的变化。结果表明，与弹性产生相比，质子分离型过程的Wγp依赖性显著较弱，胶子密度参数λJ/ψ = 0.168 ± 0.008与包含式深度非弹性散射数据一致。

ABSTRACT

Cross sections for elastic and proton-dissociative photoproduction of J/psi mesons are measured with the H1 detector in positron-proton collisions at HERA. The data were collected at $ep$ centre-of-mass energies sqrt{s} approx 318 GeV and sqrt{s} approx 225 GeV, corresponding to integrated luminosities of L = 130 pb^{-1} and L = 10.8 pb^{-1}, respectively. The cross sections are measured as a function of the photon-proton centre-of-mass energy in the range 25< Wgp < 110 GeV. Differential cross sections $\mathrm{d}σ/ \mathrm{d}t$, where $t$ is the squared four-momentum transfer at the proton vertex, are measured in the range $|t| < 1.2 \, \gevsq$ for the elastic process and $|t| < 8 \, \gevsq$ for proton dissociation. The results are compared to other measurements. The $\Wgp$ and $t$-dependences are parametrised using phenomenological fits.

研究动机与目标

• 在HERA上以高精度测量J/ψ介子的弹性与质子分离型光致产生截面。
• 弥合此前H1测量与低Wγp区域靶实验之间的差距。
• 通过同时拟合电子与μ子衰变道的数据，提取两种过程的Wγp与t依赖关系。
• 将结果与理论模型及以往测量（包括高Wγp下的LHCb数据）进行比较。
• 从Wγp依赖关系中确定胶子密度参数λJ/ψ，并与包含式深度非弹性散射数据进行比较。

提出的方法

• 数据通过H1探测器在√s ≈ 318 GeV与225 GeV的ep碰撞中获取，积分亮度分别为130 pb⁻¹与10.8 pb⁻¹。
• 截面作为Wγp（25 < Wγp < 110 GeV）与t（弹性过程|t| < 1.2 GeV²，质子分离过程|t| < 8 GeV²）的函数进行测量。
• 将J/ψ的电子与μ子衰变道数据合并，以提高统计精度。
• 对Wγp与t依赖关系应用现象学拟合，弹性过程（δel, N_el）与质子分离过程（δpd, N_pd）分别使用独立参数。
• 还对截面比值R = N_pd / N_el与差值δR = δpd - δel进行拟合，并考虑了参数间的相关性。
• 通过δel ≈ 4λ（取μ² = 2.4 GeV²为标度）提取胶子密度参数λJ/ψ，并与包含式DIS数据进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 质子分离型J/ψ光致产生的Wγp依赖性与弹性道相比如何？
• RQ2 从弹性J/ψ产生Wγp依赖关系中提取的胶子密度参数λJ/ψ的精确值是多少？
• RQ3 观测到的截面是否能由两胶子交换模型或其他现象学拟合描述？
• RQ4 HERA测量结果在高Wγp区域的外推效果如何？与LHCb数据相比表现如何？
• RQ5 在联合拟合中，参数δel、δpd、N_el与N_pd之间的相关性具有何种重要意义？

主要发现

• 质子分离型截面的Wγp依赖性显著弱于弹性截面，δpd = 0.42 ± 0.05，而δel = 0.67 ± 0.03。
• 截面比值N_pd / N_el = 0.81 ± 0.11与单位值一致，表明尽管Wγp依赖性不同，但整体产生率相近。
• 从δel ≈ 4λ中提取的胶子密度参数λJ/ψ = 0.168 ± 0.008，与包含式DIS拟合结果λ_incl(Q²=2.5 GeV²) = 0.166 ± 0.006高度一致。
• Leading-order两胶子交换模型能良好描述数据，且外推的拟合函数与高Wγp下的LHCb数据吻合。
• 首次实现了小|t|（|t| < 8 GeV²，且M_Y < 10 GeV）下质子分离型J/ψ产生的精确测量。
• 低Wγp区域的数据成功弥合了此前H1测量与固定靶实验之间的差距，完善了J/ψ光致产生的整体图像。