[论文解读] Production of Exclusive Dijets in Diffractive Deep Inelastic Scattering at HERA

H. Abramowicz, I. Abt+143 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本论文首次基于372 pb⁻¹数据，测量了HERA上 diffractive deep inelastic scattering（DyD）中的单独二胶球产生过程。测量了微分截面随β和φ的变化，发现Two-Gluon-Exchange模型最能描述数据，特别是φ分布的形状；然而，两种模型均将绝对截面低估约2倍，提示可能存在高阶微扰QCD修正或显著的胶子分布演化效应。

ABSTRACT

Production of exclusive dijets in diffractive deep inelastic $e^\pm p$ scattering has been measured with the ZEUS detector at HERA using an integrated luminosity of 372 pb$^{-1}$. The measurement was performed for $\gamma^*-p$ centre-of-mass energies in the range $90 < W < 250$ GeV and for photon virtualities $Q^2 > 25$ GeV$^2$. Energy and transverse-energy flows around the jet axis are presented. The cross section is presented as a function of $\beta$ and $\phi$, where $\beta=x/x_{ m I\!P}$, $x$ is the Bjorken variable and $x_{ m I\!P}$ is the proton fractional longitudinal momentum loss. The angle $\phi$ is defined by the $\gamma^*-$dijet plane and the $\gamma^*-e^\pm$ plane in the rest frame of the diffractive final state. The $\phi$ cross section is measured in bins of $\beta$. The results are compared to predictions from models based on different assumptions about the nature of the diffractive exchange.

研究动机与目标

• 测量HERA上DyD中的单独二胶球产生过程。
• 通过二胶球静止参考系中的角分布，探究交换机制的本质。
• 测试DyD过程的理论模型，特别是Two-Gluon-Exchange模型和Resolved-Pomeron模型。
• 通过φ依赖的截面，确定二胶球产生中q¯q与q¯qg组分的相对贡献。
• 在Q² > 25 GeV²、90 < W < 250 GeV的动量范围内，评估LO预测与高精度数据的一致性。

提出的方法

• 利用ZEUS探测器在HERA上，基于372 pb⁻¹积分亮度，测量了dσ/dβ和dσ/dφ的微分截面。
• 定义β = x/xIP，其中x为Bjorken变量，xIP为质子纵向动量损失的分数。
• 定义φ为二胶球静止参考系中，γ*–dijet平面与γ*–e±平面之间的夹角。
• 采用1 + A cos 2φ参数化φ分布，以量化角依赖性。
• 将数据与Two-Gluon-Exchange模型（包含q¯q和q¯qg贡献）及Resolved-Pomeron模型的预测进行比较。
• 通过扫描部分子横向动量截断值，优化与数据的符合度，发现pT,cut = 1.75 GeV时，对q¯q组分的拟合最佳。

实验结果

研究问题

• RQ1 在DyD中，单独二胶球的φ分布如何随β变化？这揭示了何种基本动力学机制？
• RQ2 Two-Gluon-Exchange模型与Resolved-Pomeron模型在多大程度上能描述测量得到的dσ/dφ和dσ/dβ分布？
• RQ3 从φ分布推断，单独二胶球产生中q¯q与q¯qg末态的相对贡献是多少？
• RQ4 为何测量得到的绝对截面大于两种LO模型的预测值？
• RQ5 数据与预测之间的差异是否可由高阶QCD修正或非对角胶子分布中的演化效应解释？

主要发现

• 测量得到的绝对截面为72 pb，显著高于Two-Gluon-Exchange模型预测的38 pb，其归一化不确定性为±27%，主要源于质子非弹性背景。
• Resolved-Pomeron模型在低β时低估数据约2倍，在高β时低估约10倍，尤其当β > 0.4时，差异显著。
• 采用pT,cut = 1.75 GeV的Two-Gluon-Exchange模型在β ∈ (0.3, 0.7)范围内能很好地描述φ分布的形状；而Resolved-Pomeron模型预测的斜率参数A为几乎恒定的正值，与数据趋势不符。
• q¯q组分的相对贡献Rq¯q = σ(q¯q)/σ(q¯q+q¯qg)的最佳描述对应于1.75 GeV的部分子横向动量截断，而非早期计算中使用的原始1.75 GeV值。
• 仅包含q¯q的预测在低β时无法描述β分布，但在高β时与数据吻合，此时q¯qg组分的贡献较小。
• 在Two-Gluon-Exchange模型中，φ分布的斜率参数A在正负之间变化，与数据一致；而Resolved-Pomeron模型预测A为恒定正值，与数据趋势不一致。