[论文解读] Spin density matrix elements in exclusive $\omega$ electroproduction on $\mathrm{^1 H}$ and $\mathrm{^2 H}$ targets at 27.5 GeV beam energy

The HERMES Collaboration, A. Airapetian+98 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 2

一句话总结

本研究首次利用HERMES实验数据，在27.5 GeV束流能量下，从氢和氘靶上提取了在固定靶深度非弹性ω电产中自旋密度矩阵元（SDMEs）。结果表明，非自然宇称交换振幅有显著贡献，其中γ∗T→ωT跃迁占主导地位，而非自然宇称通道；测得纵向与横向虚光子截面比R = 0.25 ± 0.03 ± 0.07，表明其Q2依赖性微弱，且明显偏离s通道螺旋态守恒。

ABSTRACT

Exclusive electroproduction of $ω$ mesons on unpolarized hydrogen and deuterium targets is studied in the kinematic region of Q$^2$>1.0 GeV$^2$, 3.0 GeV < W < 6.3 GeV, and -t'< 0.2 GeV$^2$. Results on the angular distribution of the $ω$ meson, including its decay products, are presented. The data were accumulated with the HERMES forward spectrometer during the 1996-2007 running period using the 27.6 GeV longitudinally polarized electron or positron beam of HERA. The determination of the virtual-photon longitudinal-to-transverse cross-section ratio reveals that a considerable part of the cross section arises from transversely polarized photons. Spin density matrix elements are presented in projections of Q$^2$ or -t'. Violation of s-channel helicity conservation is observed for some of these elements. A sizable contribution from unnatural-parity-exchange amplitudes is found and the phase shift between those amplitudes that describe transverse $ω$ production by longitudinal and transverse virtual photons, $γ^{*}_{L} o ω_{T}$ and $γ^{*}_{T} o ω_{T}$, is determined for the first time. A hierarchy of helicity amplitudes is established, which mainly means that the unnatural-parity-exchange amplitude describing the $γ^*_T o ω_T$ transition dominates over the two natural-parity-exchange amplitudes describing the $γ^*_L o ω_L$ and $γ^*_T o ω_T$ transitions, with the latter two being of similar magnitude. Good agreement is found between the HERMES proton data and results of a pQCD-inspired phenomenological model that includes pion-pole contributions, which are of unnatural parity.

研究动机与目标

• 在高能条件下测量未极化的¹H和²H靶上固定靶深度非弹性ω电产中的自旋密度矩阵元（SDMEs）。
• 检验ω介子产生过程中s通道螺旋态守恒假设。
• 确定自然宇称交换（NPE）与非自然宇称交换（UPE）振幅的相对贡献。
• 提取纵向与横向虚光子截面比R及其动量依赖性。
• 首次测量描述γ∗L→ωT与γ∗T→ωT跃迁的UPE振幅之间的相位差。

提出的方法

• 利用HERMES前向谱仪，以27.6 GeV纵向极化的电子/正电子束流轰击未极化的¹H和²H靶，收集数据。
• 采用无箱最大似然法，从ω介子及其衰变产物的角分布中提取15个未极化SDMEs和8个极化SDMEs。
• 根据虚光子与ω介子之间不同螺旋态跃迁，将SDMEs分为五类。
• 利用SDMEs r11和r21提取虚光子纵向与横向截面比R。
• 通过SDME r21的虚部确定UPE振幅之间的相位差。
• 采用包含π介子极点贡献的pQCD启发式唯象模型，与数据进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在固定靶深度非弹性ω电产中，s通道螺旋态守恒的破坏程度如何？
• RQ2 非自然宇称交换（UPE）与自然宇称交换（NPE）振幅对ω产生的相对贡献是什么？
• RQ3 在ω电产中，纵向与横向虚光子截面比R如何随Q2变化？
• RQ4 描述γ∗L→ωT与γ∗T→ωT跃迁的UPE振幅之间的相位差是多少？
• RQ5 包含π介子极点贡献的pQCD启发式模型是否能描述HERMES实验中ω电产的数据？

主要发现

• 测得纵向与横向虚光子截面比R = 0.25 ± 0.03 ± 0.07，其Q2依赖性极弱，与ρ0介子行为相反。
• 在类C SDME r500及γ∗L→ωT跃迁的类D SDME中观测到s通道螺旋态守恒的破坏。
• γ∗T→ωT跃迁的UPE振幅显著大于γ∗L→ωL与γ∗T→ωT的NPE振幅，满足|U11|² > |T11|²。
• 对质子测得的UPE与NPE横向截面不对称度为P = −0.42 ± 0.06 ± 0.08，对氘核为P = −0.64 ± 0.07 ± 0.12。
• 首次确定了描述U11（γ∗T→ωT）与U10（γ∗L→ωT）跃迁的UPE振幅之间的相位差。
• 当引入具有非自然宇称的π介子极点贡献时，HERMES质子数据与pQCD启发式模型表现出良好一致性。