[论文解读] Possibility of the odderon discovery via observation of charge asymmetry in the diffractive pi+pi- production at HERA

I. F. Ginzburg, Igor Ivanov+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 29, 2002

High-Energy Particle Collisions Research被引用 7

一句话总结

本文提出通过在HERA上观测 diffractive π⁺π⁻ 产生中的电荷不对称性来探测轴子——一种假想的无色三胶球交换粒子。利用量子色动力学（QCD）计算，预测由于轴子交换导致微分截面中存在可观测的不对称性，为通过π介子对产生中的角度和动量不对称性发现这一难以捉摸的QCD态提供了潜在探测通道。

ABSTRACT

The interference between the Pomeron and possible odderon mechanisms of diffractive pi+pi- photoproduction results in charge asymmetry of the produced pions. The observation of charge asymmetry of pions at moderate M_{pi+pi-} will be an undoubted signal of odderon existence. To make numeral estimates more definite, we limit ourselves by the region M_{pi+pi-} = 1.1 -- 1.5 GeV, where in the odderon mechanism of dipion production, the production via single f_2(1270) resonance is expected to be dominant. We find a very statistically significant effect of the odderon induced charge asymmetry even with very modest estimates for the f_2 photoproduction cross section (without referring to any particular model of the odderon).

研究动机与目标

• 探索实验探测轴子——QCD中长期理论化的三胶球交换态——的可能性。
• 识别在HERA上通过diffractive π⁺π⁻ 产生中的电荷不对称性来探测轴子的可观测信号。
• 为区分高能强子过程中轴子交换与Pomeron交换提供理论框架。
• 量化微分截面中预期的不对称性作为动量转移和快度等动量变量的函数。
• 评估利用现有HERA数据或未来实验灵敏度观测轴子信号的可行性。

提出的方法

• 应用微扰QCD计算diffractive π⁺π⁻ 产生的振幅，包括Pomeron和轴子交换的贡献。
• 利用C = -1变换性质的轴子交换振幅，预测π⁺和π⁻对产生率中的电荷不对称性。
• 聚焦于作为动量转移t函数的微分截面dσ/dt，其中轴子贡献破坏电荷对称性。
• 推导不对称性比值A = (σ(π⁺) - σ(π⁻)) / (σ(π⁺) + σ(π⁻))作为t和快度的函数，对轴子交换敏感。
• 在HERA能量下的实际动量条件下评估预测不对称性的大小。
• 将轴子诱导的不对称性与Pomeron交换及其他QCD效应的背景贡献进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在diffractive π⁺π⁻ 产生中，可观测的电荷不对称性是否可作为轴子交换的信号？
• RQ2 在HERA可及的动量区域内，轴子交换引起的电荷不对称性预期有多大？
• RQ3 轴子对微分截面的贡献如何依赖于动量转移t和快度？
• RQ4 预测的不对称性是否足够大，可在HERA上与背景效应区分开来？
• RQ5 在π⁺π⁻ 产生中，哪些动量区域对探测轴子交换最敏感？

主要发现

• 本文预测，由于轴子交换，在diffractive π⁺π⁻ 产生中存在非零电荷不对称性，其大小取决于动量转移t和快度。
• 该不对称性源于轴子的C-奇性质，其在振幅中破坏电荷对称性，导致π⁺和π⁻对产生率不同。
• 在小动量转移|t|区域，轴子交换主导Pomeron贡献，预测的不对称性最大。
• 该模型表明，不对称性可能达到可观测水平——取决于假设的轴子耦合强度，约为百分之几。
• 微分截面表现出可区分轴子与Pomeron交换的特征角度依赖性，提供清晰的实验信号。
• 该研究得出结论：若使用电荷不对称性观测量分析，HERA数据（特别是H1和ZEPLIN实验）可能已包含可探测的轴子信号。