[论文解读] Event shape analysis of deep inelastic scattering events with a large rapidity gap at HERA

Breitweg J, M. Derrick+422 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 1997

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 54被引用 31

一句话总结

该论文分析了HERA上深度非弹性散射事例中具有大快速度间隙的事件形状，聚焦于γ∗−pomeron质心系。结果发现，随着强子末态质量MX的增加，事例变得更加集中和平面化，这要求pomeron中具有显著的胶子组分才能解释数据，而仅依赖夸克耦合或硬胶子辐射的模型无法解释该现象。

ABSTRACT

A global event shape analysis of the multihadronic final states observed in neutral current deep inelastic scattering events with a large rapidity gap with respect to the proton direction is presented. The analysis is performed in the range $5 \leq Q^2 \leq 185\gev^2$ and $160 \leq W \leq 250\gev$, where $Q^2$ is the virtuality of the photon and $W$ is the virtual-photon proton centre of mass energy. Particular emphasis is placed on the dependence of the shape variables, measured in the $\gamma^*-$pomeron rest frame, on the mass of the hadronic final state, $M_X$. With increasing $M_X$ the multihadronic final state becomes more collimated and planar. The experimental results are compared with several models which attempt to describe diffractive events. The broadening effects exhibited by the data require in these models a significant gluon component of the pomeron.

研究动机与目标

• 研究在具有大快速度间隙的深度非弹性散射中，事件形状变量随强子末态质量MX的依赖关系。
• 检验现有蒙特卡罗模型是否能描述双胶球末态中观测到的事件几何结构和动量流。
• 通过对比包含点状耦合（VBLY）或部分子密度（RAPGAP）的模型，确定pomeron所需的部分子结构。
• 评估胶子辐射与pomeron结构在解释高-MX双胶球事例展宽和平面性中的作用。
• 量化为重现数据所需胶子引发事例的分数，特别是在非微扰pomeron结构的背景下。

提出的方法

• 在γ∗−pomeron质心系中测量了事件形状变量——球形度、张力以及事平面内和事平面外的横向动量分量。
• 分析范围为5 ≤ Q² ≤ 185 GeV² 且 160 ≤ W ≤ 250 GeV，通过限制ηmax ≤ 1.8以分离出大快速度间隙事例。
• 将数据与POMPYT、VBLY和RAPGAP蒙特卡罗模型的预测进行比较，这些模型对pomeron结构的假设各不相同。
• VBLY模型使用对夸克和胶子对的点状耦合，自由参数为gIPqq和gIPgg，通过拟合球形度、张力、β和|cos θS|等分布进行调节。
• RAPGAP模型包含具有夸克和胶子密度的pomeron，其参数通过H1 F₂^D结构函数数据拟合，本分析中未作额外拟合。
• 通过改变ηmax的截断、质量重建方法和阈值定义，评估系统误差；主要误差来源为系统误差。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有大快速度间隙的深度非弹性散射事例中，球形度、张力及横向动量分布随MX增加如何演化？
• RQ2 基于标准QCD的模型（如POMPYT）是否能充分描述观测到的平面性和集中性，这些模型依赖于对数领先阶胶子辐射？
• RQ3 为重现数据，pomeron交换过程中所需胶子引发事例的分数是多少？该分数如何依赖于所用模型？
• RQ4 观测到的高-MX事例展宽是否意味着pomeron必须具有非点状、部分子结构，特别是胶子组分？
• RQ5 结果与e+e−湮灭数据相比如何？这对DIS中双胶球末态的动力学特性有何启示？

主要发现

• 随着MX增加，平均球形度⟨S⟩和⟨1−T⟩减小，表明事例向更集中和平面的形状转变。
• 事平面内的平均横向动量分量随MX增加而增大，而事平面外的分量基本保持不变，证实了平面性的形成。
• 基于对数领先阶胶子辐射的POMPYT模型无法重现数据，尤其在高-MX展宽效应方面表现不佳。
• VBLY模型需要50%的胶子引发事例（通过gIPgg耦合）才能描述数据，而RAPGAP模型则要求pomeron中胶子组分占30%。
• 仅含夸克密度的RAPGAP模型无法描述数据，而仅含夸克对耦合的VBLY模型也无法重现球形度、张力或β分布。
• 观测到的展宽强于相同能量下e+e−湮灭中的展宽，表明在具有大快速度间隙的DIS中动力学更为复杂。