[论文解读] Search for Odderon induced contributions to exclusive Meson Photoproduction at HERA

Jan Olsson|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2001

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 6

一句话总结

本研究在HERA上通过多光子衰变末态，搜索了在单独光致产生 $π^0$、$f_2(1270)$ 和 $a_2(1320)$ 介子过程中由Odderon引起的贡献。未发现Odderon交换的证据，95%置信度上限低于理论预测值：$ \sigma(\gamma p \to^\mathbb{O} \pi^0 N^*) < 39$ nb，$ \sigma(\gamma p \to^\mathbb{O} f_2(1270)X) < 16$ nb，以及 $ \sigma(\gamma p \to^\mathbb{O} a_2(1320)X) < 96$ nb。

ABSTRACT

Odderon induced contributions to exclusive photoproduction of $π^{\circ}$, $f_2(1270)$ and $a_2(1320)$ have been searched for at HERA, using the multiphoton decays of these mesons. No indication for such contributions was found, in a kinematic region defined by the average photon-proton centre-of-mass energy $ = 200 - 215$ GeV, photon virtualities $Q^2 &lt; 0.01 $GeV$^2$ and $0.02 $GeV$^2 &lt; |t| &lt; 0.3 $GeV$^2$, where t is the squared momentum transfer at the proton vertex. The measured upper limits for the cross sections, $σ(γp o^{\hspace*{-2ex}\mathbb{O}}π^{\circ}N^{\ast}) &lt; 39$ nb, $σ(γp o^{\hspace*{-2ex}\mathbb{O}} f_2(1270)X) &lt; 16$ nb and $σ(γp o^{\hspace*{-2ex}\mathbb{O}} a_2(1320)X) &lt; 96$ nb, all at 95% CL, are lower than the predictions by a theoretical model. Exclusive photoproduction of $ω$ and $ωπ^{\circ}$, in the $3γ$ and $5γ$ decay modes, is observed with the expected cross sections.

研究动机与目标

• 在高能下测试Odderon的存在，即Pomeron的$C = P = -1$交换伙伴。
• 研究预测显著Odderon诱导截面的非微扰QCD模型是否可被实验验证。
• 通过Pomeron交换禁止的末态（如$\pi^0$、$f_2$和$a_2$介子）探测Odderon的量子数。
• 在$W_{\gamma p} \approx 200-215$ GeV范围内，利用多光子衰变道，为Odderon诱导截面设定严格上限。

提出的方法

• 利用具有多光子末态（$3\gamma$、$4\gamma$、$5\gamma$）的单独特征光致产生事例，通过其衰变特征识别$\pi^0$、$f_2(1270)$ 和 $a_2(1320)$ 介子。
• 采用基于随机真空模型（MSV）的修正$t$-依赖关系的蒙特卡洛模拟，以模拟Odderon交换贡献。
• 使用HERA上的H1探测器重建包含两个或更多光子的事件，对$\pi^0$（$\gamma\gamma$）、$\omega$（$\gamma\pi^0$）和$\omega\pi^0$（$5\gamma$）末态进行质量重建。
• 通过运动学和拓扑判据将Odderon信号与背景区分开，背景通过PYTHIA进行简单模拟。
• 使用文献[19]中的统计方法，计算95%置信度下截面的上限，并将观测分布与预期背景进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在HERA上，是否存在实验证据表明$\pi^0$、$f_2(1270)$ 和 $a_2(1320)$ 介子的单独特征光致产生过程中存在Odderon交换？
• RQ2 这些过程的测量截面是否超过基于Odderon的非微扰QCD模型的预测值？
• RQ3 MSV模型预测的Odderon诱导截面的$t$-依赖性，是否可在$\pi^0$介子的$p_T$谱中观测到？
• RQ4 观测到的$3\gamma$和$5\gamma$末态是否与Pomeron交换一致，如预期的$\omega$和$\omega\pi^0$产生？

主要发现

• 在$4\gamma$末态中，未观测到Odderon诱导的$\pi^0$、$f_2(1270)$ 或 $a_2(1320)$ 光致产生的显著信号。
• 在$95\%$置信度下，$\sigma(\gamma p \to^\mathbb{O} \pi^0 N^*)$ 的上限为$39$ nb，低于$W_{\gamma p} = 20$ GeV时理论预测的$294$ nb，并外推至HERA能量。
• 对$\sigma(\gamma p \to^\mathbb{O} f_2(1270)X)$ 和 $\sigma(\gamma p \to^\mathbb{O} a_2(1320)X)$ 分别设定了$16$ nb 和 $96$ nb 的上限，两者均低于模型预测值（21 nb 和 190 nb）。
• 在$3\gamma$末态中观测到单独特征$\omega$光致产生，截面为$(1.25 \pm 0.17 \pm 0.22)$ $\mu$b，与Pomeron交换及先前测量结果一致。
• 在$5\gamma$末态中观测到单独特征$\omega\pi^0$光致产生，截面为$(980 \pm 200 \pm 200)$ nb，共振$b_1(1235)$ 成分与外推至HERA能量的低能数据兼容。
• 在扣除背景后，观测到的$\omega\pi^0$截面与HERA能量下$660 \pm 250$ nb的单独特征$b_1(1235)$光致产生预测值一致。