[论文解读] Studies of the diffractive photoproduction of isolated photons at HERA

ZEUS Collaboration, Abt, I.+110 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2017

High-Energy Particle Collisions Research被引用 2

一句话总结

本研究利用ZEUS探测器对HERA的ep碰撞数据（456 pb⁻¹）首次测量了孤立初态光子的 diffractive photoproduction，发现在 zmeas_IP > 0.9 时，数据显著超出Rapgap蒙特卡罗预测，为二元光锥交换过程在 diffractive photon-jet 生产中的直接作用提供了证据，该现象未被标准部分子模型框架所涵盖。

ABSTRACT

The photoproduction of isolated photons has been measured in diffractive events recorded by the ZEUS detector at HERA. Cross sections are evaluated in the photon transverse-energy and pseudorapidity ranges $5 < E_T < 15$ GeV and $-0.7 < η< 0.9,$ inclusively and also with a jet with transverse energy and pseudorapidity in the ranges $4 < E_{jet} < 35$ GeV and $-1.5 < η_{jet} < 1.8,$ using a total integrated electron-proton luminosity of 456 pb$^{-1}$. A number of kinematic variables were studied and compared to predictions from the Rapgap Monte Carlo model. An excess of data is observed above the Rapgap predictions for $z^{meas}_{Pomeron} > 0.9,$ where $z^{meas}_{Pomeron}$ is the fraction of the longitudinal momentum of the colourless "Pomeron" exchange that is transferred to the photon-jet final state, giving evidence for direct Pomeron interactions.

研究动机与目标

• 测量HERA中ep碰撞下孤立初态光子的diffractive photoproduction的微分和积分截面。
• 通过分析动量分布，特别是 zmeas_IP，研究Pomeron交换在diffractive过程中的性质。
• 检验Rapgap蒙特卡罗模型在描述直接和分辨光子-Pomeron相互作用方面的有效性。
• 寻找未包含在标准Ingelman-Schlein Pomeron模型中的直接Pomeron相互作用的证据。
• 在多个动量变量（包括光子和喷注的横向能量、伪快度以及方位角分离）上比较数据与预测。

提出的方法

• 利用HERA-II运行期间ZEUS探测器收集的456 pb⁻¹积分亮度数据。
• 选择事件中包含一个初态孤立光子（5 < Eγ_T < 15 GeV，−0.7 < ηγ < 0.9）和至少一个喷注（4 < Ejet_T < 35 GeV，−1.5 < ηjet < 1.8），要求存在快速度间隙（ηmax < 2.5）且 xIP < 0.03。
• 通过光子所在重建喷注中能量的90%要求实现光子隔离。
• 测量微分截面作为 zmeas_IP、Eγ_T、ηγ、Ejet_T、ηjet、W、xγ、xIP、MX、Δφ、Δη 和 ηmax 的函数。
• 将数据与Rapgap蒙特卡罗模拟结果（未加权和加权后）进行比较，以评估模型性能。
• 利用HERA-I数据对质子电离进行截面修正，应用0.84的电离修正因子。

实验结果

研究问题

• RQ1 在孤立光子的diffractive photoproduction中，是否存在直接Pomeron相互作用的证据？
• RQ2 Rapgap蒙特卡罗模型在多大程度上能准确描述diffractive photon-jet事件的动量分布？
• RQ3 作为Pomeron动量传递至光子-喷注系统分数 zmeas_IP 函数的微分截面的形状与归一化如何？
• RQ4 数据是否与光子产生和深度非弹性散射区域中通用的Pomeron PDF一致？
• RQ5 在高 zmeas_IP 区域，分辨光子过程与直接光子相互作用的贡献分别是什么？

主要发现

• 在 zmeas_IP ≥ 0.9 区域，观察到数据显著超出Rapgap预测，且显著性随 zmeas_IP 增加，表明存在直接Pomeron相互作用的贡献。
• 孤立光子的 inclusive diffractive photoproduction 的积分截面为 1.21 ± 0.10+0.10−0.16 pb，至少包含一个喷注的截面为 1.14 ± 0.10+0.07−0.15 pb。
• 在 zmeas_IP < 0.9 区域，Rapgap预测与数据在形状和归一化上均吻合良好，支持从深度非弹性散射中提取的Pomeron PDF的普遍性。
• Δφ 分布证实了单喷注事件占主导，光子与喷注在方位角上呈背对背分布。
• 在 zmeas_IP ≥ 0.9 区域的超额现象在事件选择条件变化下依然稳健，包括移除 ηmax 截断和不同 xIP 选择。
• 目前尚无理论模型能预测所观察到的超额，标志着该通道中首次获得直接Pomeron相互作用的实验证据。