[论文解读] Exclusive Production of Neutral Vector Mesons at the Electron-Proton Collider HERA

J. Crittenden|arXiv (Cornell University)|Apr 17, 1997

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用 38

一句话总结

本文利用HERA上H1与ZEUS实验的高精度数据，对电子-质子碰撞中单态中性矢量介子的产生进行了全面分析，研究了ρ⁰、ω、φ和J/ψ产生的能量与虚性依赖关系。结果表明，J/ψ产生遵循硬散射标度，而较轻的介子则表现出软相互作用标度，高动量转移下观察到自旋空间的破坏，表明光子-质子相互作用中软与硬动力学之间的过渡。

ABSTRACT

The first five years of operation of the multi-purpose experiments ZEUS and H1 at the electron-proton storage ring facility HERA have opened a new era in the study of vector-meson production in high-energy photon-proton interactions. The high center-of-mass energy available at this unique accelerator complex allows investigations in hitherto unexplored kinematic regions, providing answers to long-standing questions concerning the energy-dependence of the rho, omega, phi, and J/psi production cross sections. The excellent angular acceptance of these detectors, combined with that of specialized tagging detectors at small production angles, has permitted measurements of elastic and inelastic production processes for both quasi-real photons and those of virtuality exceeding the squared mass of the vector meson. This report provides a quantitative picture of the present status of these studies, comparing them to the extensive measurements in this field at lower energies and summarizing topical developments in theoretical work motivated by the new data.

研究动机与目标

• 研究HERA中高能光子-质子碰撞下，单态矢量介子产生的能量与虚性依赖关系。
• 确定矢量介子产生是否遵循软或硬量子色动力学（QCD）过程的标度规律。
• 通过测量光子虚性与动量转移，探测软与硬相互作用之间的过渡区域。
• 研究质子分解与自旋结构在矢量介子产生机制中的作用。
• 为双色过程的理论模型以及虚光子与矢量介子波函数结构提供基准参考。

提出的方法

• 利用HERA电子-质子对撞机上H1与ZEUS探测器的五年高亮度运行数据。
• 测量了ρ⁰、ω、φ与J/ψ介子在弹性与非弹性（质子分解）通道中的单态产生截面。
• 采用专用标记探测器重建小角度末态，并测量质子顶点处的动量转移|t|。
• 开展自旋分析以研究自旋依赖振幅，并检验高Q²下ρ⁰产生的s通道自旋空间守恒。
• 将实验结果与理论模型进行比较，包括微扰QCD与非微扰Regge理论方法。
• 通过改变光子虚性Q²与矢量介子质量，探究光子与矢量介子波函数的空间-时间结构。

实验结果

研究问题

• RQ1 在电子-质子碰撞中，矢量介子的产生截面如何随光子虚性Q²与质心系能量变化？
• RQ2 矢量介子在光子-质子相互作用中的产生机制是否遵循软或硬QCD过程的标度规律？
• RQ3 在高动量转移|t|下，s通道自旋空间守恒在单态矢量介子产生中的有效性如何？
• RQ4 质子分解过程如何影响矢量介子产生的运动学与自旋结构？
• RQ5 矢量介子产生比值与虚光子结构为理解味不对称性及虚光子波函数提供了哪些新见解？

主要发现

• J/ψ产生截面的能量依赖关系与微扰QCD一致，表明其为硬散射机制。
• 较轻的矢量介子（ρ⁰、ω、φ）表现出典型的软相互作用标度行为，截面按s⁻⁰.⁵缩放，与Regge理论一致。
• 在高Q² > 7 GeV²时，ρ⁰产生的t-斜率仅为纯弹性过程的一半，表明其空间分布更广。
• 在低|t|下的自旋分析未发现s通道自旋空间守恒的破坏，表明产生与质子分解机制相互独立。
• 在高|t| > 0.5 GeV²下的初步自旋分析显示s通道自旋空间守恒存在破坏的证据，表明动力学向更复杂机制转变。
• 矢量介子产生比值表明，随着光子虚性的增加，味不对称性减小，反映了光子夸克组分的变化。