[论文解读] Successful description of exclusive vector meson electroproduction

A. Donnachie, P. V. Landshoff|ArXiv.org|Mar 5, 2008

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 3被引用 14

一句话总结

本文提出了一种基于Regge理论的、对质子上矢量介子电产生（ρ⁰, φ, J/ψ）的成功描述，结合了软pomeron、硬pomeron和f₂/a₂交换。通过使用一组极简的参数——包括一个可变的光子到矢量介子转换形式因子质量——对W和Q²范围内广泛的微分截面进行拟合，该模型与H1和ZEUS实验数据高度一致，表明包含硬pomeron交换的Regge理论为理解这些过程提供了稳健的理论框架。

ABSTRACT

Data for the differential cross sections for $γ^* p oρ^0 p$, $γ^* p o ϕp$ and $γ^* p o J/ψp$, at all available values of $Q^2$, fit very well to a combination of soft pomeron, hard pomeron and $f_2$ exchange.

研究动机与目标

• 通过包含软pomeron与硬pomeron交换的Regge理论，统一描述矢量介子电产生（ρ⁰, φ, J/ψ）过程。
• 通过引入更精确的H1和ZEUS数据，覆盖广泛的能量与动量转移范围，解决以往零参数拟合的局限性。
• 通过数据驱动的拟合方法，确定pomeron耦合的Q²依赖性以及光子到矢量介子转换形式因子质量。
• 评估硬pomeron在矢量介子产生过程中的可行性，特别是在深度非弹性散射与强子-强子散射模式的背景下。
• 通过使用一组极简且具有物理动机的模型，挑战“矢量介子光致产生仍是未解理论难题”的观点，证明其与实验数据高度一致。

提出的方法

• 采用具有C=+量子数交换（软pomeron、硬pomeron、f₂/a₂）和C=-交换（ρ, ω）的Regge振幅形式，使用固定斜率与截距的Regge轨迹。
• 将γ→ρ转换形式因子建模为G(t) = 1 / (1 - t/M²)，其中M作为自由参数，通过数据拟合确定。
• 包含软pomeron（α₁(t) = 1.08 + 0.25t）、f₂/a₂交换（α₂(t) = 0.45 + 0.93t）以及硬pomeron（截距1.44，斜率0.01 GeV⁻²）的贡献。
• 使用实物理与电产生数据，通过拟合微分截面dσ/dt，将耦合常数X₀（硬pomeron）、X₁（软pomeron）和X₂（f₂/a₂）作为自由参数。
• 通过一个具有六个自由参数的拟合函数H(Q²) = 1/(1 + Q²/Q₁²)² + (Q²/Q₂²)/(1 + Q²/Q₃²)³，确定X₀与X₁的Q²依赖性。
• 使用质子的Dirac形式因子F₁(t)，并假设矢量介子具有相同的形式因子，其中转换形式因子G(t)为关键可调参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否能够通过包含软pomeron与硬pomeron交换的Regge理论框架，在W与Q²的广泛范围内成功描述矢量介子电产生数据？
• RQ2 硬pomeron在矢量介子产生过程中的作用是什么？其耦合强度如何随Q²变化？
• RQ3 光子到矢量介子转换形式因子质量M对拟合质量的影响如何？其在最优拟合模型中的取值是多少？
• RQ4 软pomeron与硬pomeron耦合常数X₁与X₀在多大程度上依赖于Q²？其Q²依赖性是否可用一个简单的拟合函数描述？
• RQ5 为何在J/ψ光致产生中，拟合在低能与大|t|区域失败？这是模型局限性所致，还是数据异常？

主要发现

• 该模型在H1与ZEUS实验数据中对ρ⁰光致与电致产生过程的拟合结果极为出色，卡方自由度减少值表明拟合质量极高。
• ρ⁰光致产生的最优拟合参数为X₀ = 0.069，X₁ = 5.33，X₂ = 21.1，M = 0.91 GeV，表明在高W与t区域，硬pomeron贡献虽小但不可忽略。
• 对于ρ⁰电致产生，X₀与X₁的Q²依赖性由一个六参数函数H(Q²)良好描述，得到Q₁₀² = 8.2，Q₂₀² = 3.9，Q₃₀² = 0.16，Q₁₁² = 1.8，Q₂₁² = 63.6，Q₃₁² = 10.7 GeV²。
• 对于φ电致产生，X₀与X₁由X₀ = 1.28 / (1 + Q²/Q₀²)与X₁ = 28.19 / (1 + Q²/Q₁²)²良好描述，其中Q₀² = 7.5 GeV²，Q₁² = 5.0 GeV²，但在Q² = 5与5.2 GeV²处出现偏差。
• 对于J/ψ光致产生，最优拟合参数为X₀ = 1.78，X₁ = 6.75，X₂ = 0.21，M = 64.3 GeV，表明形式因子质量极大，且尽管存在c夸克组分，软pomeron贡献仍显著。
• 对于J/ψ电致产生，X₀与X₁的Q²依赖性由单标度函数H(Q²) = 1 / (1 + Q²/Q₁²)充分描述，其中Q₁² = 5.23 GeV²，表明其随Q²与t的变化极小。