Изучение дифракционного фоторождения мезонов D*†(2010) в эксперименте ZEUS на электрон-протонном коллайдере HERA тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В ЛОМОНОСОВА

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ имени Д.В. СКОБЕЛЬЦЫНА

0034-484s2 на правах рукописи

Коржавина Ирина Аркадьевна

Изучение дифракционного фоторождения

мезонов £>*±(2010)

в эксперименте ZEUS на электрон-протонном коллайдере HERA

Специальность 01 04 23 - физика высоких энергий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико - математически^ 7QQ8

Москва 2008

003448452

Работа выполнена в отделе экспериментальной физики высоких энергий Научно-исследовательского института ядерной яизики имени Д В Скобельцына при Московском государственном университете имени М В Ломоносова

Научный руководитель доктор физ -мат наук

Л.К. Гладилин (НИИЯФ МГУ, г Москва)

Официальные оппоненты доктор физ -мат наук

С П Баранов (ФИ РАН, г Москва),

доктор физ -мат наук

А.А. Ростовцев (ИТЭФ, г Москва)

Ведущая организация Лаборатория физики высоких энергий

Объединенного института ядерных исследований, г. Дубна

Защита диссертации состоится 2008 г в м-$-£>часов на заседании

совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 501 001 77 при Московском государственном университете имени M В Ломоносова по адресу 119991, ГСП-1, г Москва, Ленинские Горы, НИИЯФ МГУ, корп 19, ауд 2-15

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЯФ МГУ

Автореферат разослан

2008 г

Ученый секретарь совета доктор физ -мат наук, профессор.

С И /Страхетяг^-

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1 1 Актуальность темы исследования

Всесторонняя проверка Стандартной Модели (СМ) является одной из главных задач физики частиц Измерение характеристик процессов образования тяжелых (в частности, очарованных) кварков можно эффективно использовать для проверки положении квантовой хромодинамики (КХД), одной из составляющих Стандартной Модели Поэтому исследование образования очарованных кварков при высоких энергиях является актуальной задачей современной физики высоких энергии

Зависимость сечении рассеяния от структуры сталкивающихся частиц может быть описана с помощью структурных функций, которые для протонов измерены к настоящему моменту с высокой точностью в широкой кинематической области Прогресс в дальнейшем изучении структурных функции связан с разделением вкладов различных составляющих кварков (тяжелых кварков в частности) и глюонов Прямое измерение распределений глюонов, входящих в состав взаимодействующих частиц, возможно в процессах обусловленных взаимодеиствиями глюонов Образование очарованных адронов является примером таких процессов Поэтому измерение сечении образования тяжелых кварков в электрон-протонных столкновениях является важным методом изучения структуры протона и фотона и представляет актуальную экспериментальную задачу

Величина массы очарованного кварка значительно превышает величину размерной константы КХД, что позволяет использовать методы теории возмущений для расчета сечений Расчеты сечений инклюзивного образования очарованных адронов в следующем за лидирующим порядке теории возмущении не полностью воспроизводят существующие экспериментальные данные Неопределенности теоретических вычислении, одним из источников которых является неопределенность в значении массы очарованного кварка, часто превышают экспериментальные погрешности Это указывает на недостаточное понимание процессов образования тяжелых кварков и на необходимость их дальнейшего изучения

Дифракционная диссоциация частиц - не новый предмет исследований физики высоких энергий Описание процессов дифракционнои диссоциации адронов в терминах реджеонной теории развивалось достаточно долгое время (прошло более 50 лет с тех пор, когда в 1953 г И Я Померанчук и Е Л Фейнберг предсказали существование таких процессов) Реджеонная фено-

менология, возникшая задолго до создания КХД, описала основные свойства мягких взаимодействий адронов с помощью обменов траекториями Редже При этом адроны рассматривались как элементарные частицы, а их возможная структура не обсуждалась Траекториям сопоставлялись известные адроны Померонная траектория, обменом которой описывают дифракционную диссоциацию адронов, составляет исключение для нее нет соответствия среди известных частиц

Интерес к процессам дифракционной диссоциации значительно возрос при обнаружении в 1993 г событий с дифракционной топологией в жестком ер рассеянии на коллайдере HERA Это открытие стимулировало попытки понять дифракционную диссоциацию частиц с точки зрения КХД

Идея о подобии померона адрону и о возможности изучать его структуру в жестких дифракционных процессах привела к созданию моделей, основанных на разнообразных гипотезах о партонной структуре померона (включая гипотезу о его чисто глюонной природе) Хотя модели с обменом помероном, имеющим партонную структуру, не имеют достаточного теоретического обоснования, они хорошо описывают многие свойства дифракционной диссоциации С померонными моделями связан ряд проблем, среди которых одной из основных является неопределенность в формулировке понятия структурной функции померона Померон "наблюдается" только как виртуальный объект Существует проблема непертурбативной связи померона с протонной вершиной, а также не представляется возможным описать единым образом дифракционные процессы в ер и рр столкновениях Из этого следует, что пока нет полного понимания природы померона и механизмов его взаимодействия

В целом, несмотря на значительные достижения в понимании дифракционных процессов, остается еще большое количество нерешенных проблем теоретического описания экспериментальных данных по дифракционной диссоциации при высоких энергиях Поэтому тема диссертации "Изучение дифракционного фоторождения мезонов D*±(2010) в эксперименте ZEUS на электрон-протонном коллайдере HERA" актуальна и важна для развития представлений и методов КХД, а также для их новых проверок

1.2 Цель диссертационной работы

Целью данной диссертационной работы являлось экспериментальное изучение природы дифракционного обмена и проверка применимости фактори-зационной теоремы для описания дифракционных процессов фоторождения очарованных кварков в терминах КХД при наибольших доступных энергиях

Для решения поставленной задачи предполагалось измерить основные характеристики дифракционного фоторождения мезонов D,i:, содержащих очарованный кварк, с помощью многоцелевой установки ZEUS в ер столкновениях на коллаидере HERA Хотя сечения дифракционного образования тяжелых кварков малы, объем имевшихся экспериментальных данных был достаточным для измерений с высокой статистической точностью и при умеренной величине систематических погрешностей

Центральный трековый детектор установки позволял надежно идентиф-цировать очарованные мезоны в каналах распада на заряженные частицы Принципиальной методической задачей являлось включение в анализ данных переднего закрывающего калориметра FPC, который мог быть использован в качестве антитаггера дифракционнои диссоциации фотона и мог обеспечить существенное расширение доступной измерениям области псевдобыстрот, повышение эффективности исключения фоновых недифракционных событии и событии двойной дифракционнои диссоциации, оптимизацию оценки примеси этих событий

Предполагалось провести сравнение характеристик дифракционного фоторождения мезонов с характеристиками их образования в процессах инклюзивного фоторождения и в процессах дифракционного глубоко-неупругого ер-рассеяния для выявления общих свойств и отличий

С целью проверки основных гипотез КХД о факторизуемости сечений пар-тонных процессов и универсальности дифракционных распределений парто-нов протона, а также с целью эффективной дискриминации между предсказаниями различных теоретических моделей, ставилась задача сопоставления измеренных сечении дифракционного фоторождения мезонов D+± в ер-столкновениях с теоретическими расчетами, выполненными в рамках различных подходов к описанию динамики партонных процессов формирования мезонов D

1.3 Основные результаты, полученные в диссертации

На защиту выносятся следующие основные результаты исследования дифракционного фоторождения мезонов D*±(2010) в ер столкновениях на коллай-дере HERA

• Создание методики идентификации событий дифракционного фоторо-ждеаия мезонов D* в ер взаимодействиях с учетом особенностей эксперимента ZEUS

• Первое наблюдение сигнала дифракционного фоторождения очарованных кварков Было показано, что сечение этого процесса при высоких энергиях не столь мало, как предсказывали ранние модели

• Измерение интегрального и дифференциальных сечений дифракционного фоторождения мезонов D* с высокой статистической точностью при энергии в с ц м 7p взаимодействия от 115 до 300 ГэВ и при долевом импульсе померона вплоть до 0 035

• Первое измерение величины интегрального и дифференциальных вкладов дифракционных событий в инклюзивные сечения фоторождения очарованных кварков В пределах исследованного интервала энергии 7р столкновений дифракционное фоторождение мезонов D* составляет ~ 6% от инклюзивного сечения и не проявляет существенной зависимости от энергии 7р взаимодействия и виртуальности фотона

• Новые экспериментальные свидетельства применимости факторизаци-онной теоремы КХД для описания дифракционных процессов фоторождения очарованных кварков и универсальности дифракционных пар-тонных распределении в ер столкновениях

• Демонстрация необходимости учета значительного вклада процессов с участием структурного фотона для описания форм дифференциальных сечений дифракционного фоторождения мезонов D* в лидирующем порядке теории возмущений КХД

• Демонстрация необходимости использования жесткого распределения глюонов для описания дифракционного фоторождения очарованных кварков в рамках модели структурного померона

• Экспериментальное свидетельство недостаточности учета только сс возбуждений виртуального фотона для описания дифракционного фоторождения очарованных кварков в рамках модели двухглюонного обмена при коллайдерных энергиях

1.4 Научная новизна результатов

Новые результаты по фоторождению очарованных кварков в дифракционных столкновениях электронов и протонов были получены в неизученной ранее кинематической области До измерений, проведенных на электрон-протонном коллайдере HERA, единственным источником данных о рождении тяжелых

кварков в лептон-нуклонных и фотон-нуклонных столкновениях являлись эксперименты на фиксированной мишени при энергиях в с ц м сталкивающихся частиц на порядок меньших энергии, доступных на коллаидере HERA Высокая светимость коллаидера позволила не только наблюдать процессы дифракционного образования очарованных адронов, имеющие малые сечения, но и получить данные со статистической точностью, значительно превышавшей точность проведенных ранее экспериментов

Было проведено первое в мире наблюдение сигнала дифракционного фоторождения с-кварков при энергии ер-столкновении л/s ~ 300 ГэВ

Интегральное и дифференциальные сечения дифракционного фоторождения мезонов D*, содержащих с-кварки, были измерены при энергии ер столкновении т/s ~ 318 ГэВ и виртуальности фотона Q2 < 1 ГэВ2 Впервые были измерены интегральный и дифференциальные вклады дифракционных событий в инклюзивные сечения фоторождения очарованных мезонов D* Высокая статистическая точность измерений и широкий спектр измеренных переменных позволили провести сравнения с вычислениями в различных подходах КХД

Проведенное сравнение измерений с теоретическими расчетами продемонстрировало применимость методов теории возмущении КХД для расчета сечений дифракционного фоторождения очарованнных кварков при коллаи-дерных энергиях Были получены новые свидетельства справедливости теоремы о факторизуемости партонных сечений и универсальности дифракционных распределений партонов в протоне

1.5 Практическая ценность результатов

Практическое значение работы состоит в том, что полученные результаты могут быть использованы для дальнейшего развития и уточнения существующих представлении о природе дифракционного обмена и механизмах образования очарованных мезонов Эти результаты могут быть также использованы в дальнейшем анализе данных детектора ZEUS и при планировании исследований на других экспериментальных установках в других экспериментальных условиях Анализ измерений стимулировал работы по развитию теоретических моделей

1 6 Достоверность результатов

Основные результаты, представленные в диссертации, являются официальными результатами сотрудничества ZEUS, что гарантирует их достоверность

Эти результаты многократно докладывались на международных конференциях, совещаниях и были опубликованы в реферируемых научных изданиях

Достоверность и надежность проведенных измерений и результатов анализа полученных данных также были обеспечены детальным исследованием систематических погрешностей и двойной проверкой Результаты независимых контрольных измерений (второго анализа), проведенных в эксперименте ZEUS, совпали с результатами данной работы

Результаты данной работы также находятся в согласии с измерениями эксперимента Н1, одновременно работавшего на коллайдере HERA

1 7 Личный вклад диссертанта

Данная работа представляет результаты исследования дифракционного образования очарованных кварков, полученные автором в рамках международного эксперимента ZEUS при изучении процессов ер —> eD*X на коллайдере HERA Автор участвует в эксперименте с 1992 г и внес личный вклад в выполнение задач, связанных с проведением эксперимента, измерениями, анализом данных Определяющий вклад, сделанный автором в получение представленных результатов, включая разработку метода исследования, выполнение самого исследования и подготовку полученных результатов к публикации, заключается в следующем

• разработка и тестирование триггерной логики отбора событий с образованием очарованных кварков и исключения фоновых событий с учетом особенностей эксперимента ZEUS,

• изучение характеристик и топологии событий дифракционного образования очарованных кварков с целью оптимизации алгоритмов и критериев отбора таких событий, оценки эффективности этих критериев и ак-септанса, а также для определения погрешностей измерений и введения соответствующих поправок,

• измерение сечений и анализ характеристик дифракционного фоторождения мезонов Dt:t, сравнение экспериментальных результатов с теоретическими расчетами КХД,

• подготовка результатов исследования к публикации в журналах и в виде конференционных статей

1.8 Апробация работы и публикации

Результаты, представленные в диссертации, неоднократно докладывались и обсуждались на семинарах и рабочих совещаниях эксперимента ZEUS, на семинаре лаборатории высоких энергии ОЭФВЭ НИИЯФ МГУ Представляемые к защите результаты докладывались автором также на российских и международных рабочих совещаниях и конференциях

• Научная конференция Отделения ядерной физики Российской Академии Наук "Физика фундаментальных взаимодействии", Москва, 2000, 2005 и 2007 г г

• Международное рабочее совещание по дифракции в физике высоких энергии (Diffraction 2006), Адамантас, о Милос, Греция, 2006 г

• Международное рабочее совещание по физике малых х, (Low х 2005), Синаия, Румыния, 2005 г

• IX Международное рабочее совещание по глубоко неупругому рассеянию (DIS2001), Болонья, Италия, 2001 г

• V Международное рабочее совещание по физике высоких энергий и КХД (DIS1997), Чикаго, США, 1997 г

• Конференции "Ломоносовские чтения", НИИЯФ МГУ, Москва, 2000-2006 гг

Основные результаты диссертации были опубликованы в журнальных статьях [1, 2], трудах конференции [3-6], и в препринте НИИЯФ [7]

1.9 Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и списка библиографии Обьем диссертации составляет 167 страниц, включающих 63 рисунка, 14 таблиц и список библиографии из 114 наименований

2 СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1 Введение

Введение содержит краткую характеристику темы исследования, формулировку целей исследования и описание структуры диссертационной работы

Во введении отмечается актуальность темы диссертации, научная новизна результатов исследования, личный вклад автора в процесс получения экспериментальных данных и результатов физического анализа этих данных

2 2 Дифракция в эксперименте и теории

Первая глава диссертации посвящена основным аспектам экспериментального и теоретического изучения дифракционного образования очарованных кварков в ер столкновениях Описаны кинематика и динамика (основные механизмы) образования очарованных частиц, характерные свойства дифракционных процессов и методы их идентификации в экспериментах на коллай-дере HERA Дано краткое описание моделей дифракционной диссоциации частиц, которые сравнивались с результатами проведенных измерений модели структурного померона и модели двухглюонного обмена Обсуждаются различные параметризации дифракционных распределений партонов протона, измеренные разными методами на коллайдере HERA, и различные модели адронизации партонов в наблюдаемые адроны

2.3 Экспериментальные условия

Во второй главе приводится краткое описание коллайдера HERA, основных детекторов универсальной установки ZEUS, триггерной системы и процесса реконструкции геометрии и кинематики регистрируемых событий Более подробно описаны конструктивные особенности и основные характеристики детекторов, которые были использованы в представленных измерениях центрального трекового детектора (CTD), компенсирующего уранового калориметра (UCAL), переднего закрывающего калориметра (FPC), монитора светимости (LUMI), системы отбора и реконструкции зарегистрированных взаимодействий, включающей трехуровневый триггер и программный комплекс реконструкции событий

2 4 Теоретические расчеты

В третьей главе дано краткое описание программ и основных параметров, использованных для теоретических расчетов Моделирование фоторождения мезонов D* и процессов их регистрации при помощи существующих Монте Карло (МК) генераторов позволило решить ряд методических задач, связанных с выделением сигнала и измерением сечений детектором ZEUS В приближении лидирующего порядка (LO) теории возмущений КХД были расчи-

таны предсказания модели структурного померона (с помощью МК генератора rapgap) и предсказания двухглюоннои модели дифракционного обмена Для расчетов в приближении следующего за лидирующим порядка (NLO) были использованы программы FMNR и HVQDIS Расчеты были проведены с различными параметризациями дифракционных партонных распределении протона HlFit2 LO, HI 200G Fit A, Fit B, ZEUS LPS+charm Fit, GLP, ACTW Fit В и Fit D

2.5 Отбор событий с мезонами D*

В четвертой главе подробно описана методика реконструкции и отбора событий ер рассеяния с образованием мезонов D* в режиме фоторождения, определившая кинематическую область измерении

Для измерений были использованы события, зарегистрированные детектором ZEUS в сеансах работы коллаидера 1996-1997 (^/s = 300 ГэВ) и 19982000 г г (уД = 318 ГэВ) в количестве, соответствующем интегральной светимости С = 38 0 ± 1 8 пкбн-1 и£ = 78 6±18 пкбн-1, соответственно

За события ер столкновений в режиме фоторождения принимались события, для которых в калориметре не удалось идентифицировать рассеянный лептон После учета всех необходимых поправок были отобраны события с энергией W в с ц м 7*р взаимодействия в интервале 130 < W < 300 ГэВ (0 17 < у < 0 89) и квадратом переданного импульса в лептонной вершине Q2 < 1 ГэВ2

Заряженные мезоны D* идентифицировались методом разности масс в каскадном распаде D*+ —> D°7г+ —> (К-тг+)7г+ + сс, вероятность которого составляет 2 57% Критерии отбора, мотивированные МК моделированием и требованием минимизации комбинаторного фона, позволяли отбирать мезоны D* с поперечным импульсом, превышавшем 1 9 ГэВ, и псевдобыетротои в интервале \r¡{D*)\ <16

Т к рассеянный протон в настоящей работе не регистрировался, то дифракционные события были идентифицированы по наличию большого пустого промежутка (зазора) между псевдобыстротами адронов системы X, образовавшейся при диссоциации фотона, и границей доступных наблюдению псевдобыстрот, задаваемой геометрией установки Критерии отбора таких событий были сформулированы на основе сравнения экспериментального распределения по псевдобыстроте т?тах частицы, принадлежащей системе X и летящей вперед под наименьшим углом, с суммой распределений дифракционных событий, сгенерированных МК генератором R-apgap и заполняющих

область плато, и недифракционных событий, сгенерированных МК генератором Рутша и заполняющих область колоколообразного пика в распределении по т?шах (Рис 1а)

ZEUS

J I | I I II | I I I I | I I I ! | II I I | I I I I | I I II j I И I.

Рис 1 Сравненеие измеренного (точки) распределения по г]тях с суммой (сплошная гистограмма, отнормированная на измерения) взвешенных дифракционных (rapgap, гистограмма не показана) и недифракционных (pythia, закрашення гистограмма) МК распределений для инклюзивных событий фоторождения мезонов D* (а) всех событий и (Ь) событий с ЕррС <15 ГэВ Мезоны D* с pT{D") >19 ГэВ и \t](D*)} <10 были реконструированы в событиях с Q2 < 1 ГэВ2 и 130 < W < 300 ГэВ Распределения для недифракционных событий, сгенерированных МК генератором Herwig, показаны пунктирными гистограммами

Условия эксперимента не позволяли провести однозначную идентифика-

цию типа каждого события (evcnt-by-cvcnt) Задача разделения событии дифракционного сигнала и недифракционного фона решалась простым ограничением сверху величины r¡meíX < 1 75 для данных 1996-1997 г г, а для данных 1998-2000 г г - требованием отсутствия сигнала в переднем закрывающем калориметре FPC и ограничением г]пшч < 3 (Рис Ib) Считалось, что сигнал в калориметре FPC отсутствует, если величина энерговыделения в нем ниже уровня возможного энерговыделения, обусловленного только источниками "шума" Epj>c <15 ГэВ По оценке, проведенной статистически, остаточная примесь недифракционных событии (/11(i) в области x¡, < 0 035 составила 3 3%, а в области х,, <001- вчетверо меньше (0 8%) Оценка величины этой примеси, полученная без применения критерия £fpc <15 ГэВ, для хР < 0 035 примерно в ~ 5 раз больше приведенной выше, что показывает высокую эффективность использования данных калориметра FPC для исключения фона недифракционных событии

Все измеренные распределения были поправлены на недифракционныи фон побинно с помощью факторов (1 — flu¡)

Впервые сигнал дифракционного фоторождения очарованых кварков в ер столкновениях [5] наблюдался при энергии y/s = 300 ГэВ в данных эксперимента ZEUS 1996-1997 гг, полученных до установки переднего закрывающего калориметра FPC В событиях с 130 < W < 280 ГэВ и Q2 < 1 ГэВ2, отобранных в соответствии с критериями ?ymax < 1 75 и 0 001 < хг < 0 018, сигнал составили 56 ± 10 мезонов D* с pT{D*) > 2 ГэВ и \t](D*)\ < 1 5 (Рис 2)

В данных сеансов 1998-2000 гг при энергии у/з = 318 ГэВ для событий с 130 < W < 300 ГэВ и Q2 < 1 ГэВ2, удовлетворявших критериям í?fpc < 1 5 ГэВ, r¡max <3 и хР < 0 035, в распределении по ДМ наблюдался сигнал (Рис 3), соответствующий дифракционному фоторождению 458 ± 30 мезонов D* с поперечным импульсом Pt{D*) >19 ГэВ и псевдобыстротои

\V(D*)\ < 1 6

В области хг < 0 01, где вклады реджеонного обмена и недифракционного фона сильно подавлены, наблюдается сигнал дифракционного фоторождеиия 204 ± 20 мезонов D*

Отметим, что, хотя в 1998-2000 г г светимость коллайдера была увеличена всего вдвое по сравнению со светимостью 1996-1997 гг, число событий в наблюдаемом сигнале увеличилось почти на порядок в основном1 благодаря более эффективному разделению дифракционных и недифракционных собы-

1 Сш нал в данных 1998-2000 г г, выделенный в кинематической области 1996-1997 г г (см выше), оказался примерно вчетверо больше сигнала 1996-1997 г г, показав с> щественное улучшение эффективности peí истрации событий трип ером (Увеличение сигнала за счет увеличения импульса протона до 920 ГэВ составило ~ 5 — 10%)

• ZEUS (prel) 96-97 (38 рЬи)

N(D* -» K7tTts)=56+/-10 — Fit Gauss+A(AM-mJB •■ Background

0 14

0 15

0 16 0 17

AM, GeV

Рис 2 Сигнал (точки) дифракционного фоторождения мезонов D* в спектре ДА/ — М(Ктпг8) - М(К7г) Кандидаты в мезон D* с Pt(D') > 2 ГэВ и |tj(Z3*)| <15 были реконструированы в событиях с Q2 < 1 ГэВ2, 130 < W < 280 ГэВ и 0 001 < хг < 0 018 Распределение комбинаторного фона, моделируемого спектром комбинаций неправильного зарядового состава ("wrong charge"), показано гистограммой

ZEUS

M(Ktots) - M(tat) (GeV)

Рис 3 Сигнал (точки) дифракционного фоторождения мезонов D* в спектре AM = М{Ктт-к,) - М(К:г) Кандидаты в мезон D* с pT(D*) > 1 9 ГэВ и |т?(1>*)| <10 были реконструированы в событиях с Q2 < 1 ГэВ2, 130 < W < 300 ГэВ и х,, < 0 035 Распределение комбинаторного фона, моделируемого спектром комбинаций неправильного зарядового состава ("wrong charge"), показано гистограммой Окрашенная полоса показывает сигнальную область, где вычитался комбинаторный фон

тий, позволившему существенно расширить доступную измерениям область вдвое по 77шах и в 1 7 раза по Мх При этом величина остаточной примеси недифракционных событий осталась на прежнем уровне

После поправок на недифракционный фон, была сделана также оценка величины примеси неидентифицированных событий двойной дифракции с диссоциацией протона Величина этой оценки, полученная путем сравнения измеренного распределения по Е^рс с распределением МК событий, аналогично сравнению распределений по т]тах, составила fp<i = 16% Все измеренные распределения были поправлены побинно с помощью факторов (1 — fpíi)

2.6 Измерения

В пятой главе обсуждаются детали методики измерений, которые были проведены в соответствии с возможностями ускорителя и экспериментальной установки ZEUS Подробно описаны алгоритмы оценки и введения поправок на смещающие факторы измерений, разбиения кинематической области на интервалы со значимой статистикой, расчета аксептансов и определения систематики измерений Все методические алгоритмы были отлажены МК моделированием ер столкновений и процессов их регистрации установкой

Для настройки отдельных процедур расчета сечений необходимо, чтобы МК расчеты описали измерения на уровне реконструкции событий Расхождения между расчетами и измерениями по некоторым переменным были минимизированы путем перевзвешивания МК событий по этим переменным Кинематические переменные для ер-событий, в которых рассеянный лептой не мог быть детектирован, восстанавливались методом Жаке-Блонделя Получаемые таким методом оценки искомых величин систематически смещены относительно истинных значений вследствие потерь энергии частицами конечного состояния при прохождении неактивных элементов, расположенных между детекторами установки, и потерь самих частиц в зазорах установки, таких как пучковая трубка, технологические зазоры между частями уранового калориметра и др Восстановление "истинных" значений измеряемых величин было проведено фитированием "профильных" гистограмм линейной зависимостью среднего измеренного значения от сгенерированного Измерения проводились в области с приемлемой величиной аксептанса, которая разбивалась на интервалы с учетом разрешения и требований минимизации систематических миграций и статистических флюктуаций Дополнительно требовалось, чтобы число и размеры интервалов по возможности совпадали с соответствующими величинами, используемыми в эксперименте

ZEUS при измерении сечении инклюзивного фоторождения мезонов D*

При оценке систематических погрешностей измерения сечений, инклюзивных и дифракционных, учитывались неопределенности МК моделирования и ограниченность точности оценки характеристик детектора, от которых зависит процесс и результат измерении Наибольший вклад в систематику измерении внесла неопределенность оценки недифракционного фона

2.7 Сравнение измерений с расчетами

В шестой главе приведены результаты изучения дифракционного фоторождения мезонов Df± в ер столкновениях

Измерения интегрированных и дифференциальных сечений дифракционного (ер —> eD*X'p) и инклюзивного (ер —* eD*Y) фоторождения мезонов D*, а также их отношения, были проведены в кинематической области Q2 < 1 ГэВ2, 130 <W< 300 ГэВ (0 17 < у < 0 89),

Pt(D*) > 1 9 ГэВ, \r](D*)\ < 1 6 Кинематическая область измерения дифракционных сечений дополнительно

была ограничена по переменной хР х,, < 0 035 или х,. < 0 010 Никакого ограничения на величину квадрата переданного импульса t в протонной вершине не накладывалось

Дифференциальные сечения по переменным ру(D*), r¡(D*), z(D*), М\, хг, и W, измеренные в интервалах хг < 0 035 и хг < 0 01, были представлены в виде таблиц и рисунков

Сечение дифракционного фоторождения мезонов D* в указанной выше кинематической области при хР < 0 035 составило

oev^eD*X'v(xP < 0 035) = 1 49 ± 0 ll(stat )í[¡ }J(syst) ± 0 07(р d ) нбн Последней указана погрешность, обусловленная неопределенностью в оценке и вычитании вклада фоновых процессов с диссоциациеи протона

В области хР < 0 01, где примесь недифракционных событии составляет менее 1% , а реджеонный вклад предсказывается пренебрежимо малым, сечение дифракционного фоторождения мезонов D* оказалось примерно в двое меньше

oep->cD-x'p(xp < 0 01) = 0 63 ± 0 07(stat )íoo(,(syst) ± 0 03(р d ) нбн Впервые измеренное в данных эксперимента ZEUS 1996-1997 г г [4] сечение дифракционного фоторождения мезонов D* с Pt(D*) > 2 ГэВ и \r¡(D*)\ <15 при Q2 < 1 0 ГэВ2, 130 < W < 280 ГэВ и 0 001 < хг < 0 018 составило <Tep-,eD'X'p(xp < 0 018) = 0 74 ± 0 21(stat )í[¡ "(syst) ± 0 16(р d ) нбн Это значение согласуется в пределах одного статистического отклонения с оценкой сечения в этой же области по данным 1998-2000 г г

Модель структурного померона (МК rapgap) с параметризацией плотности партонов померона HlFit2 LO и лундовской моделью адронизации пар-тонов в области измерений предсказывает сечение дифракционного фоторождения примерно втрое больше измеренного сечения (4 3 нбн) Поэтому для сравнения дифференциальных распределений с данными только по форме МК расчеты домножались на нормировочный коэффициент 0 34 Расчеты хорошо воспроизводят формы измеренных дифференциальных распределений при относительном вкладе процессов с участием структурного фотона примерно ~ 35% (Рис 4) Моделью предсказывается увеличение доли процессов на структурном фотоне с ростом r¡(D*) и Мх, и ее убывание при увеличении z(D»)

В рамках рекомбинационной модели BKJI расчет сечений дифракционного образования мезонов D* был проведен для двух моделей структурного померона, основанных на гипотезе о его чисто глюонной природе Модель померона с мягким распределением глюонов, предсказывает сечение, величина которого на ~ 30% превышает измеренное (Рис 5) Расчетное распределение по хР имеет куполообразную почти симметричную форму с вершиной в окрестности xr ~ 0 02 и не воспроизводит форму экспериментального распределения, монотонно убывающего при возрастании хР Предсказывается и более быстрое убывание сечения с ростом pr{D*) и rj(D*), а также образование систем с большими Мх (с максимумом распределения при Мх > 20 ГэВ), чем наблюдается в эксперименте (Рис 5) Напротив, модель померона, в структуре которого преобладают жесткие глюоны, согласуется с данными в абсолютной нормировке, воспроизводя формы дифференциальных распределений убывающий спектр по хР, максимум распределения по Мх при Мх ~ 15 ГэВ, распределения по pr(D*) и r¡(D*)

Расчеты сечений в приближении следующего за лидирующим порядка теории возмущений КХД были проведены с параметризациями дифракционных распределений партонов протона HI 2006 Fit A, Fit В, ZEUS LPS+charm Fit и GLP (программа FMNR) В пределах относительно больших погрешностей измерений 20%) центральные значения вычисленных сечений согласуются с измерениями, за исключением сечений, вычисленных с параметризацией GLP, которые примерно в четыре раза меньше экспериментальных значений

Дифференциальные сечения, расчитанные с параметризациями HI 2006 Fit A, Fit В и ZEUS LPS+charm Fit, находятся в хорошем согласии друг с другом Неопределенности предсказаний значительно превышают погрешности измерений в большинстве интервалов (Рис 6, 7 и 8)

4.5

J2

W 4

ъ 3.5

3

■а

В 2.5

■а

2

1.5

0.5

0

0.02

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 z(D*)

-о

В

23456789 10 pT(D*)(GeV)

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 ri(D*)

■о

D

>

/К 0'08 О

,0.06 0.04 0.02 0

10 20

30 40 50 Мх (GeV)

250 300 \У (ввУ)

Рис. 4: Дифференциальные сечения (точки) дифракционного фоторождения мезонов О" по рт(О'), г]{0"), г(0*), Мх, IV, хР, измеренные в интервале хР < 0.035. Погрешности измерений изображены вертикальными отрезками. Длина внутреннего отрезка соответствует величине статистической ошибки, а длина внешнего отрезка сумме статистической и систематической погрешностей в квадратурах. Предсказания модели структурного померона (ЯАРСАР, сплошные гистограммы) с параметризацией дифракционных распределений партонов протона Н1Рк2 ЬО нормированы на данные. Вклад процессов на структурном фотоне (~ 35%) показан пунктирными гистограммами.

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5

Л(О')

О

ОАТА 98-00 79 рЬ"

х1р < 0.035

РОСБ (ВКЬ) РС(Р)=Р(1-Р) (№„„„) РС(Р)= (1-Р)5 (П>)

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

Рис. 5: Дифференциальные сечения (точки) дифракционного фоторождения мезонов О* по рт{0*), г}{0*), г(0*), Мх, УУ и хР, измеренные в интервале хР < 0.035. Погрешности измерений изображены вертикальными отрезками. Длина внутреннего отрезка соответствует величине статистической погрешности, а длина внешнего отрезка сумме статистической и систематической погрешностей в квадратурах. Предсказания модели БКЛ (кривые) для "жесткой" (сплошная) и "мягкой" (пунктирная) параметризаций глюонных распределений померона показаны в абсолютной нормировке.

2 3 4 5 6 7 8 9 10 рт(1)*) (СсУ)

1 FMNR HVQDIS

DPDF PDF DPDF DATA

Coll HI 200G ZEUS CTEQ ACTW

Fit scaled by | Fit A | Fit В 0 81 LPS Fit 1 0 GLP Fit 07 5M 1 0 Fit В 1 0 Fit D 1 0 1 0

max(a:,.) | tfFMNR(nb) <7ACT\v(nb) ffzEus(nb)

0 035 1 18 1 12 1 14 0 41 - 0 70 1 48 1 49

0 010 | 0 5G 0 4G 0 58 j 0 13 - - - 0G3

10 li- - - - 19 17 - - 25 88

li 0"ZEUs/°"NLO -

0 035 I 1 25 1 33 131 3 63 - 2 13 1 01 -

0 010 1 1 13 1 37 1 09 4 85 - - - -

10 li- - - - 1 35 - - -

li Tlv = fffl/ffincl (%)

0 035 || G 5 I 5 8 | 5 9 ]_ 2 1 J - || - | - 5 7

Таблица 1 Сравнение измеренных сечений с расчетами пКХД (FMNR и HVQDIS) в порядке, следующем та лидирующим (NLO) Расчеты выполнены для известных параметризаций дифракционных партонных распределений протона HI 2006 Fit A, Fit В, ZEUS LPS+charm Fit, GLP, ACTW Fit B, Fit D

Убывающее дифференциальное сечение по хР воспроизводится расчетами в абсолютной нормировке (Рис 6) Согласие между расчетами и данными наблюдается и для распределений по переменным pr(D*)t r¡(D*), Мх и W в обоих интервалах х,. < 0 035 и хР < 0 01 (Рис 7 и 8)

Формы дифференциальных распределений по z(D*) недостаточно хорошо воспроизводятся расчетами, которые при малых z(D*) предсказывают сечение заметно меньшее измеряемого Расчеты в лидирующем порядке теории возмущений КХД с помощью мк генератора rapgap в рамках модели структурного померона лучше описывают форму этих распределений (Рис 4) При настоящих погрешностях измерений и неопределенностях предсказаний теории возмущений КХД в следующем за лидирующим порядке, согласие между измерениями и расчетами поддерживает гипотезу КХД о факторизуемости партонных сечений для дифракционных процессов образования очарованных кварков Однако, из-за больших неопределенностей теоретических предсказаний и малой величины ожидаемого сечения процессов на адроноподобном фотоне в NLO расчетах, нельзя исключить подавление вклада таких процессов Согласие измеренных сечений дифракционного образования очарованных кварков с расчетами, основанными на распределени-

ZEUS

xip

Рис. G: Дифференциальное сечение (точки) дифракционного фоторождения ме:юнов D" по хР. Погрешности измерений изображены вертикальными отрезками. Длина внутреннего отрезка соответствует величине статистической ошибки, а длина внешнего отрезка - сумме статистической и систематической погрешностей в квадратурах. Расчеты пКХД (гистограммы) в следующем за лидирующим порядке с параметризациями дифракционных распределений партонов протона Ш 2006 Fit А (сплошная), Fit В (пунктирная), ZEUS LPS+charm Fit (точечная) показаны в абсолютной нормировке. Окрашенная полоса показывает оценку неопределенности расчетов, полученную путем вариации массы с-кварка и масштабных параметров факторизации сечения и перенормировки расходимостей.

u Ü üa с

H

a. ■o D T3

1 LL -

10 - ц -

-2 10 1 ..... i 1

-3 10 :

ja с

N

-o

ъ

■o

4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1

0.5 0

0.02

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 z(D*)

-O

с

P* ■o

С

T3

23456789 10 p,(D") (GeV)

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5

Л(О)

30 40 50 Mx (GeV)

• ZEUS 79 pb"1 Xjp < 0.035

NLO QCD (FMNR)

— Hl 2006 Fit A

- Hl 2006 Fit В ZEUS LPS+charm Fit

150 200 250 300 W (GeV)

Рис. 7: Дифференциальные сечения (точки) дифракционного фоторождения мезонов D* по pT(D'), rj(D*), z(D"), Мх и W, измеренные в интервале xf> < 0.035. Погрешности измерений изображены вертикальными отрезками. Длина внутреннего отрезка соответствует величине статистической погрешности, а длина внешнего отрезка - сумме статистической и систематической погрешностей в квадратурах. Расчеты в приближении следующего за лидирующим порядка теории возмущений КХД (гистограммы) с параметризациями дифракционных распределений партонов протона HI 2006 Fit А (сплошная), Fit В (пунктирная) и ZEUS LPS+charm Fit (точечная) показаны в абсолютной нормировке. Окрашенная полоса показывает оценку неопределенности расчетов, полученную путем вариации массы с кварка и масштабных параметров факторизации партонных сечений и перенормировки расходимостей. 23

> о

o

с

H B.

■a

Ъ

■a

%

10

10

10

±

г -a

D T3

2 3 4

2.5 2.25 2

1.75 1.5 1.25 1

0.75 0.5 0.25 0

0.01

5 б 7 8 9 10 p,(D ) (GeV)

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5

4(D*)

г Í Т _j

> u

O л e

§ T3

D ■a

0.08 -

0.06 -

0.04

0.02 -

0.2 0.4 0.6 0.8 1 z(D)

30 40 50 Mx (GeV)

ZEUS 79 pb"1 xIp < 0.01

NLO QCD (FMNR) - Hl 2006 Fit A Hl 2006 Fit В ZEUS LPS+charm Fit

250 300 W (GeV)

Рис. 8: Дифференциальные сечения (точки) дифракционного фоторождения мезонов D* по pr(D*), v{D*), z(D*), Мх и W, измеренные в интервале хр < 0.01. Погрешности измерений изображены вертикальными отрезками. Длина внутреннего отрезка соответствует величине статистической погрешности, а длина внешнего отрезка - сумме статистической и систематической погрешностей в квадратурах. Расчеты в приближении следующего за лидирующим порядка КХД (гистограммы) с параметризациями дифракционных распределений нартонов протона HI 2006 Fit А (сплошная), Fit В (пунктирная) и ZEUS LPS+charm Fit (точечная) показаны в абсолютной нормировке. Окрашенная полоса показывает оценку неопределенности расчетов, полученную путем вариации массы с кварка и масштабных параметров факторизации партонных сечений и перенормировки расходи-мостей.

ях партонов, определенных в инклюзивном дифракционном глубоко неупругом рассеянии, является дополнительным свидетельством универсальности дифракционных распределений партонов в ер рассеянии

Сечение инклюзивного фоторождения мезонов D* было измерено с целью оценить долю дифракционного образования мезонов D* Его величина составляет aep->t'D'Y = 25 88 ± 0 51(stat)1^ll(syst) нбн и находится в согласии с прежними измерениями сотрудничества ZEUS Было проведено сравнение отношения дифракционных сечении к инклюзивным в теории и эксперименте При расчете отношения сечений некоторые теоретические неопределенности компенсируются, значительно уменьшая результирующую неопределенность вычислений, которая становится сравнимой с экспериментальной погрешностью

В рассматриваемой кинематической области доля дифракционных событий с х,. < 0 035 составляет Tlv = 5 7 ± 0 5(stat ^(syst) ± 0 3(р d )% от инклюзивного сечения фоторождения мезонов D*

Это значение TZj> согласуется с измеренными экспериментами HI и ZEUS в близких кинематических областях для дифракционного образования мезонов D* в глубоко неупругом рассеянии на коллайдере HERA (Рис 9) Величина 1Zf> практически не зависит от виртуальности обмениваемого фотона в интервале Q2 < 400 ГэВ2 Независимость Л-р от Q2 наблюдается также в инклюзивных дифракционных процессах с образованием адронных систем с большой инвариантной массой {Мх > 8 ГэВ) в интервале 2 7 < Q2 < 55 ГэВ2

Дифференциальные распределения доли 71-р дифракционных событий с хР < 0 035 в сечении инклюзивного фоторождения мезонов D* по переменным px(D*), r¡{D*), z{D*) и IV приведены на Рис 10

В приближении следующего за лидирующим порядка теории возмущений КХД расчеты, основанные на параметризациях HI 2006 Fit A, Fit В или ZEUS LPS+charm Fit, хорошо воспроизводят нормировку и формы наблюдаемых зависимостей IZp от кинематических переменных Согласие расчетов с измерениями является новым свидетельством применимости факторизационной теоремы КХД для описания дифракционных процессов в ер столкновениях Так же как и в глубоко неупругом рассеянии, доля дифракционного фоторождения мезонов D* TZ-p убывает с ростом pt(D*) и r¡(D*) и не имеет заметной зависимости от W или z(D*) Отсутствие зависимости Л-р от W и z(D*) показывает, что дифракционное и инклюзивное сечения характеризуются одинаковой зависимостью от этих переменных

Расчеты сечений дифракционного фоторождения мезонов D* в рамках

^ 0.09

I

£ 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0

—Ц-

ер^еБ Х'р

• ХЕШ 79 рЬ

Т гЕШ 98-00

А ХЕШ 95-97

■ Н1 96-97

I—Ь

о2 < 1 СеУ2 1.5<<32<200 СеУ2 4 < (}2 < 400 СеУ2 2 < С}2 <100 СеУ2

10

=1—I

102 103 о2 (СеУ2)

Рис. 9: Доля Лт> дифракционного образования мезонов В* на коллайдере НЕГ1А в режимах глубоко неупругого рассеянии и фоторождения (данное измерение). Погрешности измерений изображены вертикальными отрезками. Длина внутреннего отрезка соответствует величине статистической ошибки, а длина внешнего отрезка - сумме статистической и систематической погрешностей в квадратурах.

а

ОЙ

0.09

а

0.08

250 300 W(GeV)

Рис. 10: Доля дифракционнных событий И-р (точки) в сечении фоторождения мезонов D* в зависимости от рт{Р*), r}(D"), z{D*) и Ж Погрешности измерений изображены вертикальными отрезками. Длина внутреннего отрезка соответствует величине статистической погрешности, а длина внешнего отрезка - сумме статистической и систематической погрешностей в квадратурах. Расчеты в приближении следующего за лидирующим порядка КХД (гистограммы, FMNR) с параметризациями дифракционных партонных распределений протона Hi 200G Fit А (сплошная), Fit В (пунктирная) и ZEUS LPS+charm Fit (точечная) показаны в абсолютной нормировке. Окрашенная полоса показывает оценку неопределенности расчетов, полученную путем вариации массы с-кварка и масштабных параметров факторизации партонных сечений и перенормировки расходимостей.

7 8 9 10 pT(D*)(GeV)

ер—>eD*X'p

• ZEUS 79 pb"1 Xjp < 0.035 NLO QCD (FMNR) — I I1 2006 Fit Л HI 2006 Fit В ZEUS LPS+charm Fit

модели двухглюонного обмена были выполнены с учетом как мнимой, так и реальной части амплитуды образования пары очарованных кварков в процессах ер рассеяния с возбуждением виртуального фотона только в сс состояния Как и в процессах с обменом фотонами большой виртуальности, механизм глюонных обменов имеет место при хг < 0 01 (Рис 11), где вкладами вторичных реджеонов можно пренебречь Расчетное сечение дифракционного фоторождения мезонов Б* оказалось почти вдвое меньше измеренного (Рис 12) Расчеты не воспроизводят и формы экспериментальных распределений Моделью предсказывается образование систем X со значительно меньшими инвариантными массами (вблизи порога образования сс-пары), чем в эксперименте Форма распределений по рт(Б*), т](0*), г(Б*) также недостаточно хорошо воспроизводится расчетами, которые предсказывают большую вероятность больших рт(0*) и меньшие вероятности малых ^(П*) и г(П*) Вклад реальной части амплитуды рассеяния составляет ~ 0 25 от предсказываемого сечения Ее дифференциальные вклады возрастают с увеличением рт(0*), т]{0*), Мх и хг и по краям спектров по и IV

Измерения сечений дифракционного образования мезонов И* в глубоко неупругом рассеянии были хорошо описаны при одновременном учете сс и ссд возбуждений виртуального фотона Это указывает на то, что для описания образования мезонов В* при дифракционной диссоциации фотонов в режиме фоторождения также необходимо учитывать дополнительные возбуждения фотона в ссд состояния и непертурбативные возбуждения фотона, описываемые моделью векторной доминантности

Сравнения измеренных сечений дифракционного фоторождения мезонов в ер-столкновениях с теоретическими расчетами, выполненными в рамках различных подходов к динамике партонных процессов формирования мезонов /?*±, позволяют сделать заключене, что основные свойства дифракционного образования очарованных кварков могут быть качественно описаны на основе факторизационной теоремы КХД Для описания дифракционного фоторождения очарованных кварков в рамках модели структурного померо-на необходимо использовать жесткое распределение глюонов в протоне Количественное описание сечений этих процессов характеризуется большими неопределенностями

2.8 Заключение

В заключении приведена сводка основных результатов исследования, представленных к защите

1 • 1МТЛ 98-00 78.6 рЬ"'-

1 х1н< 0.035

-, 1 — р!)а> (ССМ)

..... оп!у Ке(Л)

1— *

ц 1—, $

I

О 0.2 0.4 0.6 0.8 1

0.01

0.005

23456789 10 Р|(ЕМ (СеУ)

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 П(В")

10 20 30 40 50

Мх (СсУ)

. 100

40

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035

Рис. 11: Дифференциальные сечения (точки) дифракционного фоторождения мезонов £>* по рт(О'), т](0*), г(-0*), Мх, и хР при хР < 0.035. Погрешности измерений изображены вертикальными отрезками. Длина внутреннего отрезка соответствует величине статистической погрешности, а длина внешнего отрезка - сумме статистической и систематической погрешностей в квадратурах. Предсказания модели двухглюонного обмена (сплошные гистограммы) показаны в абсолютной нормировке. Штриховые гистограммы показывают вклад реальной части (Ие(А)) амплитуды образования сс пары.

о

ь

|......

, 1 , ;

5 6 7 8 9 10 Р, (0*) (СсУ)

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5

?

и

о

0.06

0.2 0.4 0.6 0.8 1

30 40 50 Мх (СсУ)

• БАТА 98-00 79 рЬ"1

х1р< 0.010 — р(ЗСО(ССМ) оп!у 1*е(А)

Рис. 12: Дифференциальные сечения (точки) дифракционного фоторождения £>* мезонов по рт{В*), г](0*), г(0*), Мх, IV и хР при х„, < 0.01. Погрешности измерений изображены вертикальными отрезками. Длина внутреннего отрезка соответствует величине статистической погрешности, а длина внешнего отрезка - сумме статистической и систематической погрешностей в квадратурах. Предсказания модели двухглюонного обмена (гистограммы) показаны в абсолютной нормировке. Штриховые гистограммы показывают вклад реальной части (Яе(А)) амплитуды образования сс пары.

Впервые был выделен сигнал дифракционного фоторождения мезонов D* на основе созданной методики идентификации таких событий Полные и дифференциальные сечения дифракционного фоторождения мезонов D* были измерены с высокой статистической точностью при энергии в системе ц м 7р взаимодействий от 115 до 300 ГэВ Впервые были определены полные и дифференциальные вклады дифракционных событий в инклюзивные сечения фоторождения мезонов D* Получены новые экспериментальные свидетельства применимости факторизационной теоремы КХД для описания дифракционных процессов фоторождения очарованных кварков и универсальности дифракционных партонных распределений в ер столкновениях Продемонстрирована необходимость учета значительного вклада процессов с участием структурного фотона для описания форм дифференциальных сечений дифракционного фоторождения мезонов D* в лидирующем порядке теории возмущений КХД Показана необходимость использования жесткого распределения глюонов в рамках модели структурного померона для описания дифракционного фоторождения очарованных кварков Получено экспериментальное свидетельство недостаточности учета только сс возбуждений виртуального фотона для описания дифракционного фоторождения очарованных кварков в рамках модели двухглюонного обмена при коллайдерных энергиях

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

[1] ZEUS Collaboration, S Chekanov, I A Korzhavma, et al2, Eur Phys J С 51, 301 (2007), preprints DESY-07-039 and hep-ex/0703046

[2] A V Berezhnoy, V V Kiselev, I A Korzhavma and А К Likhoded, Phys Atom Nucl 65, 1487 (2002), Yad Fiz 65, 1523 (2002), preprint hep-ph/0109164

[3] I A Korzhavma (On behalf of the ZEUS collaboration), £>*(2010) and dijet diffractive cross sections from the ZEUS experiment at HERA, Proceedings of the International Workshop on Diffraction in High-Energy Physics, Diffraction 2006, Adamaritas, Milos Island, Greece, 5 - 10 September 2006, PoS(DIFF2006)007, Proceedings of Science, 2006, http //pos sissa it/archive/conferences/035/007/DIFF2006_007 pdf

2 ZEUS Collaboration - международное сшрудничество физиков из 52 институтов 15 cipaH Участники сотрудничества из России А Антонов, J1 К Гладилин, Д Гладков, Ю А Голубков, PK Дементьев, В А Долюшеин, П Ф Ермолов, Д С Зоткин, С А Зоткин, Н П Зоюв, И А Коржавина, В А Кузьмин, Б Б Левченко, О Ю Лукина, А С Проскуряков, В Сосновцев, А Стифуткин, С Сухов, Л А Хейн, Л М Щеглова

[4] I A Korzhavina (On behalf of the ZEUS collaboration), Study of Df± meson production in diffractwe ep Scattering HERA, Proceedings of the 9th International Workshop on Deep Inelastic Scattering, DIS2001, Bologna, Italy, 27 April - 1 May, G Brum, G Iacobucci and R Nania (eds ), p 836, the Science and Culture Series-Physics, World Scientific, 2001

[5] И А Коржавина (от имени сотрудничества ZEUS), Измерение сечений дифракционного фоторождения ± мезонов на коллайдере HERA, Труды Научной конференции Отделения ядерной физики Российской Академии Наук "Физика фундаментальных взаимодействии", Москва, декабрь 2000, ЯФ 65(2), 274 (2002), Phys Atomic Nucl 65(2), 249 (2002), preprint hep-ex/0103003

[6] I A Korzhavina (On behalf of the ZEUS collaboration), D** and «7/Ф inelastic photoproduction at HERA, Proceedings of the 5th International Workshop on Deep Inelastic Scattering and QCD, DIS 97, Chicago, II, USA, April 1997, J Repond and D Krakauer (eds), p 776, American Institute of Physics, AIP Conference Proceedings 407, Woodbury, New York, 1997

[7] И А Коржавина и H П Зотов, Монгпе Карло генератор HSMPYT для процессов дифракционной диссоциации в модели жесткого рассеяния, препринт НИИЯФ МГУ № 94-17/339,1994

Коржавина Ирина Аркадьевна

Изучение дифракционного фоторождения мезонов эксперименте ZEUS на электрон-протонном коллайдере HERA.

Специальность 01 04 23 - физика высоких энергий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

Тираж 100 экз Отпечатано в типографии «КДУ Тел /факс (095) 939-57-32 E-mail press@kdu ru

Введение

1 Дифракция в эксперименте и теории

1.1 Кинематика ер столкновений.

1.2 Свойства дифракционных процессов.

1.3 Сечения и партонные процессы КХД

1.3.1 Факторизация в КХД.

1.3.2 Схемы расчета сечений в теории возмущений

1.3.3 Динамика образования очарованных частиц.

1.3.4 Адронизация.

1.4 Модели дифракционного обмена.

1.4.1 Модель структурного померона

1.4.2 Модель двухглюонного обмена.

1.5 Дифракция на коллайдере HERA

1.5.1 Методы идентификации.

1.5.2 Дифракционные распределения партонов.

2 Экспериментальные условия

2.1 Коллайдер HERA

2.2 Установка ZEUS.

2.3 Регистрация и реконструкция событий

3 Теоретические расчеты

3.1 Монте Карло моделирование.

3.2 Вычисления в теории возмущений КХД.

3.2.1 Приближение NLO.

3.2.2 Модель БКЛ.

3.2.3 Модель двухглюонного обмена.

4 Отбор событий с мезонами D*

4.1 Триггер.

4.2 Идентификация событий фоторождения.

4.3 Идентификация мезонов D*.

4.4 Отбор дифракционных событий.

4.5 События с протонной диссоциацией.

5 Измерения

5.1 Сравнение МК расчетов с измерениями.

5.2 Реконструкция кинематики.

5.3 Аксептансы.

5.4 Систематические погрешности.

6 Сравнение измерений с расчетами

6.1 Интегрированные сечения.

6.2 Дифференциальные сечения.

6.2.1 Дифракционное фоторождение мезонов D*.

6.2.2 Инклюзивное фоторождение мезонов D*.

6.3 Доля дифракционных событий 71х>.

6.4 Обсуждение результатов.

Целью данной диссертационной работы являлось изучение природы дифракционного обмена и проверка применимости факторизационной теоремы квантовой хромодинамики (КХД) для описания дифракционного фоторождения очарованных кварков (с-кварков) на единственном в мире электрон-протонном коллайдере HERA немецкого научного центра DESY в г. Гамбурге.

Всесторонняя проверка Стандартной Модели (CM, Standard Model, SM) является одной из главных задач физики частиц. Измерение характеристик процессов образования тяжелых (в частности, очарованных) кварков можно эффективно использовать для проверки положений квантовой хромодинамики, одной из составляющих Стандартной Модели. Поэтому исследование образования очарованных кварков при высоких энергиях является актуальной задачей современной физики высоких энергий.

Зависимость сечений рассеяния от структуры сталкивающихся частиц может быть описана с помощью структурных функций, которые для протона измерены к настоящему моменту с высокой точностью в широкой кинематическиой области. Прогресс в дальнейшем изучении структурных функций связан с разделением вкладов различных составляющих: кварков (тяжелых кварков в частности) и глюонов. Прямое измерение распределений глюонов, входящих в состав взаимодействующих частиц, возможно в процессах обусловленных взаимодействиями глюонов. Образование очарованных адронов является примером таких процессов. Поэтому измерение сечений образования тяжелых кварков в электрон-протонных столкновениях является важным методом изучения структуры протона и фотона и представляет актуальную экспериментальную задачу.

Величина массы очарованных кварков значительно превышает величину размерной константы КХД, что позволяет использовать методы теории возмущений для расчета сечений в рамках КХД. Расчеты сечений инклюзивного образования очарованных адронов в приближении следующего за лидирующим порядка теории возмущений не полностью воспроизводят существующие экспериментальные данные. Неопределенности теоретических вычислений, одним из источников которых является неопределенность в значении массы очарованных кварков, часто превышают экспериментальные погрешности. Это указывает на недостаточное понимание процессов образования тяжелых кварков и на необходимость их дальнейшего изучения.

Дифракционная диссоциация частиц - не новый предмет исследований физики высоких энергий. Описание процессов дифракционной диссоциации адронов в терминах реджеонной теории развивалось достаточно долгое время (прошло более 50 лет с тех пор, когда в 1953 г. И.Я. Померанчук и E.J1. Фейнберг предсказали существование таких процессов [1]). Реджеон-ная феноменология, возникшая задолго до создания КХД, описала основные свойства мягких взаимодействий адронов с помощью обменов траекториями Редже. При этом адроны рассматривались как элементарные частицы, а их возможная структура не обсуждалась. Траекториям сопоставлялись известные адроны. Померонная траектория, обменом которой описывают дифракционную диссоциацию адронов, составляет исключение: для нее нет соответствия среди известных частиц.

Интерес к процессам дифракционной диссоциации значительно возрос при обнаружении в 1993 г. событий с дифракционной топологией в жестком ер рассеянии на коллайдере HERA. Это открытие стимулировало попытки понять дифракционную диссоциацию частиц с точки зрения КХД.

Идея о подобии померона адрону и о возможности изучать его структуру в жестких дифракционных процессах привела к созданию моделей, основанных на разнообразных гипотезах о партонной структуре померона (включая гипотезу о его чисто глюонной природе). Хотя модели с обменом помероном, имеющим партонную структуру, не имеют достаточного теоретического обоснования, они хорошо описывают многие свойства дифракционной диссоциации. С померонными моделями связан ряд проблем, среди которых одной из основных является неопределенность в формулировке понятия структурной функции померона. Померон "наблюдается" только как виртуальный объект. Существует проблема непертурбативной связи померона с протонной вершиной. В рамках таких моделей не представляется возможным описать единым образом дифракционные процессы в ер и рр столкновениях. Из этого следует, что пока нет полного понимания природы померона и механизмов его взаимодействия.

В целом, несмотря на значительные достижения в понимании дифракционных процессов, остается еще большое количество нерешенных проблем теоретического описания экспериментальных данных по дифракционной диссоциации при высоких энергиях. Поэтому тема диссертации "Изучение дифракционного фоторождения мезонов D*±(2010) в эксперименте ZEUS на электрон-протонном коллайдере HERA" актуальна и важна для развития представлений и методов КХД, а также для их новых проверок.

Дифракционное образование очарованных (тяжелых) кварков в ер столкновениях - мало изученная область. Это довольно редкий процесс, поскольку сечение дифракционных процессов примерно в ~10 раз меньше сечения инклюзивных, а сечение образования очарованных адронов также значительно меньше сечения образования адронов, состоящих из легких кварков. Количество каналов распада очарованных адронов велико, и вероятности распадов по отдельным каналам невелики (< 1 — 5%).

Стандартный анализ этих процессов основан на представлениях пар-тонной модели и факторизационной теореме КХД, применимость которой была доказана для дифракционных процессов глубоко неупругого рассеяния (ГНР, DIS) [2], доминирующий вклад в который дают подпроцессы с участием точечного фотона.

Согласно факторизационной теореме сечение жесткого рассеяния (в частности дифракционного) может быть вычислено путем суммирования сверток универсальных сечений партонных подпроцессов с универсальными функциями импульсных распределений партонов рассеивающихся частиц, которые при описании дифракционных процессов называют дифракционными партонными распределениями (dPDFs). Поэтому считалось, что расчеты сечений дифракционных процессов методами теории возмущений, основанные на партонных распределениях, измеренных в каком-либо дифракционном процессе, способны описать характеристики реакций дифракционного рассеяния в других процессах.

Однако, оценки [3, 4] сечений дифракционного парного образования ад-ронных струй в рр взаимодействиях на основе dPDFs, измеренных в инклюзивных дифракционных процессах на коллайдере HERA, оказались в 5-10 раз больше сечений, наблюдаемых на коллайдере Tevatron [5]. Такое расхождение наблюдаемых сечений дифракции в адрон-адронных столкновениях с теоретическими предсказаниями было воспринято как нарушение факторизации. Оно было приписано неучтенным эффектам перерассеяния партонов из "остатков" столкнувшихся адронов1). Дополнительные частицы, образующиеся в результате этих перерассеяний, частично заполняют быстротный зазор, выводя часть событий из области наблюдений и значительно уменьшая величину наблюдаемого дифракционного сечения.

Рассеяние электрона на протоне при малом значении виртуальности Q2 < 1 ГэВ2 (режим фоторождения, PhP) может осуществляться через обмен фотоном в адроноподобном (структурном, разрешенном) состоянии. Поэтому можно ожидать, что КХД факторизация также "нарушается" в процессах дифракционного фоторождения.

Данная работа представляет результаты исследования дифракционного образования очарованных кварков в процессах ер рассеяния, ер —> eD*X,

4 Эта интерпретация эквивалентна интерпретации в терминах "неуниверсальных" дифракционных распределений партонов [6]. по данным международного эксперимента ZEUS на коллайдере HERA, полученным в сеансах 1996-1997 г.г. и 1998-2000 г.г. Исследование было проведено па основе измерения основных характеристик дифракционного фоторождения мезонов содержащих с-кварк.

Новые результаты по фоторождению очарованных кварков в дифракционных столкновениях электронов и протонов были получены в неизученной ранее кинематической области. До измерений, проведенных на электрон-протонном коллайдере HERA, единственным источником данных о рождении тяжелых кварков в лептон-нуклонпых и фотон-иуклонных столкновениях являлись эксперименты на фиксированной мишени при энергиях в с.ц.м. сталкивающихся частиц на порядок меньших энергий, доступных на коллайдере HERA. Высокая светимость коллайдера позволила не только наблюдать процессы дифракционного образования очарованных адронов, имеющие малые сечения, но и получить данные со статистической точностью, значительно превысившей точность проведенных ранее экспериментов.

Было проведено первое в мире наблюдение сигнала дифракционного фоторождения с-кварков при энергии ер-столкновений y/s ~ 300 ГэВ.

Интегральное и дифференциальные сечения дифракционного фоторождения мезонов D*, содержащих с-кварки, были измерены при энергии ер столкновений y/s ~ 318 ГэВ и виртуальности фотона Q2 < 1 ГэВ2. Впервые были измерены интегральный и дифференциальные вклады дифракционных событий в инклюзивные сечения фоторождения очарованных мезонов D*. Высокая статистическая точность измерений и широкий спектр измеренных переменных позволили провести сравнения с вычислениями в различных подходах КХД.

Проведенное сравнение измерений с теоретическими расчетами продемонстрировало применимость методов теории возмущений КХД для расчета сечений дифракционного фоторождения очарованнных кварков при

Далее обозначение D* будет иметь тот же смысл, что и коллайдерных энергиях. Были получены новые свидетельства справедливости теоремы о факторизуемости партонных сечений и универсальности дифракционных распределений партонов в протоне.

Автор, И.А. Коржавина, участвует в эксперименте ZEUS с 1992 г. и внесла личный вклад в выполнение задач, связанных с проведением эксперимента, измерениями, анализом данных. Определяющий вклад, сделанный автором в получение представленных результатов, включая разработку метода исследования, выполнение самого исследования и подготовку полученных результатов к публикации, заключается в следующем:

• разработка и тестирование триггерной логики отбора событий с образованием очарованных кварков и исключения фоновых событий с учетом особенностей эксперимента ZEUS;

• изучение характеристик и топологии событий дифракционного образования очарованных кварков с целью оптимизации алгоритмов и критериев отбора таких событий, оценки эффективности этих критериев и аксептанса, а также для определения погрешностей измерений и введения соответствующих поправок;

• измерение сечений и анализ характеристик дифракционного фоторождения мезонов Dсравнение экспериментальных результатов с теоретическими расчетами КХД;

• подготовка результатов исследования к публикации в журналах и в виде конференционных статей.

Основные результаты, представленные в диссертации, являются официальными результатами сотрудничества ZEUS. Они неоднократно докладывались и обсуждались на семинарах и рабочих совещаниях сотрудничества. Представляемые к защите результаты докладывались автором также на российских и международных рабочих совещаниях и конференциях:

1. Научная конференция Отделения ядерной физики Российской Академии Наук "Физика фундаментальных взаимодействий", Москва, 2000,

2005 и 2007 г.г.

2. Международное рабочее совещание по дифракции в физике высоких энергий (Diffraction 2006), Адамантас, о. Милос, Греция, 2006 г.

3. Международное рабочее совещание по физике малых х (Low х 2005). Синаия, Румыния, 2005 г.

4. IX Международное рабочее совещание по глубоко неупругому рассеянию (DIS2001), Болонья, Италия, 2001 г.

5. V Международное рабочее совещание по физике высоких энергий и КХД (DIS1997), Чикаго, США, 1997 г.

6. Конференция "Ломоносовские чтения", НИИЯФ МГУ, Москва, 20002006 гг.

Основные результаты диссертации были опубликованы в журнальных статьях [8, 9], трудах конференций [10-13], в препринте НИИЯФ [14], в четырех статьях сотрудничества ZEUS, представленных на международные конференции [15].

Данная работа состоит из введения, б глав и заключения. Во введении приведена краткая характеристика темы, сфомулированы цели диссертационной работы и описана структура диссертации. В главе 1 кратко обсуждается предмет исследования, включая описание механизмов образования очарованных кварков в ер взаимодействиях и кинематики этих процессов в соответствующих переменных. Дан обзор существующих экспериментальных данных и современного теоретического понимания свойств дифракционных взаимодействий с участием очарованных кварков при высоких энергиях. В главе 2 описаны условия проведения эксперимента: коллайдер HERA, детекторы установки ZEUS, использованные для измерений, регистрация и реконструкция изучаемых взаимодействий. В главе 3 обсуждаются вычисления, выполненные в рамках данного исследования. Описано Монте Карло (МК, Monte Carlo, МС) моделирование событий ер

Результаты работы опубликованы в журналах "The European Physics Journal С" [8], "Ядерная физика" [9], в трудах конференций Diffraction 2006, "Физика фундаментальных взаимодействий" (РАН, 2000), DIS 2001 и DIS 1997 [10-13], в препринте НИИЯФ [14].

На защиту выносятся следующие основные результаты:

• Создание методики идентификации событий-дифракционного фоторождения мезонов D^ в ер взаимодействиях с учетом особенностей эксперимента ZEUS.

• Первое наблюдение сигнала дифракционного фоторождения очарованных кварков. Было показано, что сечение этого процесса при высоких энергиях не столь мало, как предсказывали ранние модели.

• Измерение интегрального и дифференциальных сечений дифракционного фоторождения мезонов D^ с высокой статистической точностью при энергии в с.ц.м. 7р взаимодействия от 115 до 300 ГэВ и при долевом импульсе померона вплоть до 0.035.

• Первое измерение величины интегрального и дифференциальных вкладов дифракционных событий в инклюзивные сечениях фоторождения очарованных кварков. В пределах исследованного интервала энергии 7р столкновений дифракционное фоторождение мезонов Dсоставляет ~ 6% от инклюзивного сечения и не проявляет существенной зависимости от энергии 7р взаимодействия и виртуальности фотона.

• Новые экспериментальные свидетельства применимости факторизационной теоремы КХД для описания дифракционных процессов фоторождения очарованных кварков и универсальности дифракционных партонных распределений в ер столкновениях.

• Демонстрация необходимости учета значительного вклада процессов с участием структурного фотона для описания форм дифференциальных сечений дифракционного фоторождения мезонов D* в лидирующем порядке теории возмущений КХД.

• Демонстрация необходимости использования жесткого распределения глюонов в рамках модели структурного померона для описания дифракционного фоторождения очарованных кварков.

• Экспериментальное свидетельство недостаточности учета только сс возбуждений виртуального фотона для описания дифракционного фоторождения очарованных кварков в рамках модели двухглюонного обмена при коллайдерных энергиях.

В заключение хочу выразить свою признательность всем коллегам, российским и иностранным, кто был причастен к данной работе.

Возможность участвовать в эксперименте ZEUS на уникальном коллап-дере HERA и сотрудничать с физиками международного сообщества была предоставлена мне профессором П.Ф. Ермоловым. Неоценима финансовая поддержка моего участия в эксперименте и международных конференциях

Министерством образования и науки РФ, НИИЯФ МГУ и DESY. Впечатления от увиденного: детектора, научного центра DESY, не говоря о прекрасном городе Гамбурге и других городах мира, где удалось побывать на конференциях,- не забываемы. Практическое участие в проведении сеансов измерений и в многочисленных семинарах отдельных групп сотрудничества было исключительно интересным и полезным.

Тема для диссертации была предложена профессором П.Ф. Ермоловым и моим руководителем JT.K. Гладил иным. Я благодарна моему руководителю JT.K. Гладилину, с которым мы сотрудничаем с 1992 г., за постоянный интерес к моей работе и практическую помощь в проведении исследования, готовности обсудить любую практическую или теоретическую проблему, а также за помощь в решении административных вопросов. Выражаю признательность за сотрудничество и обсуждение проблем в теоретическом описании образования очарованных кварков в ер- столкновениях коллегам А.К. Лиходеду п А.В. Бережному. За многочисленные научные дискуссии и сотрудничество я благодарна нашим иностранным коллегам И. Мельцер, А. Гейзеру, М. Корради, А. Бруни, Е. Галло, М. Арнеодо.

Понимание многих вопросов теории дифракции, и не только, было достигнуто мною в процессе интересных и многочисленных обсуждений с "коллаборацией" теоретиков и экспериментатора: Н.П. Зотова, С.П.Баранова и x. Юнга, который является автором мк генератора rapgap. Благодарю также А.В. Бережного, С.П. Баранова и Р. Холл-Уилтона за предоставленные теоретические расчеты.

Без поддержки вычислительных возможностей (компьютерной техники, программного обеспечения и практического консультирования по технике программирования и управления ПК) В.И. Рудем, И. Мартенсом и группой поддержки вычислительного комплекса DESY исследования были бы невыполнимы.

Моя особая благодарность Р.К. Дементьеву, любезно согласившемуся просмотреть и прокомментировать отдельные разделы рукописи, что помогло увидеть и поправить недостатки в изложении материала.

Успешной работе всегда способствует атмосфера дружественного и доброжелательного сотрудничества, существующая в нашем отделе благодаря всем его сотрудникам.

Заключение

В настоящей работе представлены результаты изучения дифракционного фоторождения очарованных кварков, идентифицированных регистрацией мезонов D*, в ер столкновениях на коллайдере HERA. Исследования проведены на основе данных, полученных в эксперименте ZEUS в сеансах 19961997 гг. и 1998-2000 гг. при энергиях 300 и 318 ГэВ в системе центра масс столкновения. Измеренные сечения сравнивались с расчетами в приближениях лидирующего (LO) и следующего за ним (NLO) порядков теории возмущений в рамках разнообразных моделей, основанных на представлениях КХД.

1. Померанчук И.Я. и Фейнберг Е.Л., ДАН СССР 93, 439 (1953); Feinberg E.L. and Pomeranchuk 1.Ya., Suppl. Nuovo Cim. 3, 652 (1956).

2. Collins J.C., Soper D.E., and Sterman G.,

3. Perturbative Quantum Chromodynamics, pp. 1-91, Mueller A.H. (ed.),

4. World Scientific, Singapore, 1989;

5. Collins J.C., Phys. Rev. D 57, 3051 (1998);

6. Erratum-ibid., D 61, 019902 (2000); J. Phys. G 28, 1069 (2002).

7. ACTW Collaboration, Alvero L. et al., Phys. Rev. D 59, 074022 (1999).

8. Covolan R.J.M. and Soares M.S., Phys. Rev. D 60, 054005 (1999); ibid., 61, 019901(E) (2000).

9. CDF Collaboration, Affolder T. et al., Phys. Rev. Lett. 84, 5043 (2000).

10. Ingelman G., Xlth International Conference on Elastic and Diffractive Scattering, Chateau de Blois, France, 2005; preprint hep-ph/0511185.

11. HI Collaboration, Ahmed T. et al., Nucl. Phys. В 429, 477 (1994); ZEUS Collaboration, Derrick M. et al., Phys. Lett. В 315, 481 (1993) .

12. ZEUS Collaboration, Chekanov S.,. Korzhavina I.A. et al., Eur. Phys. J. С 51, 301 (2007), preprints DESY-07-039 and hep-ex/0703046.

13. Berezhnoy A.V., Kiselev V.V., Korzhavina I.A. and Likhoded A.K., Yad. Fiz. 65, 1523 (2002); Phys. Atom. Nucl. 65, 1487 (2002);preprint hep-ph/0109164.

14. Коржавина И.А. (от имени сотрудничества ZEUS),

15. Коржавина И.А. и Зотов Н.П., Монте Карло генератор HSMPYT для процессов дифракционной диссоциации в модели жесткого рассеяния, препринт НИИЯФ МГУ №94-17/339,1994 .

16. ZEUS Collaboration, Chekanov S., . Korzhavina I.A. et al., Contributed paper 489, International Europhysics Conference on High Energy Physics, Budapest, 2001;

17. ZEUS Collaboration, Chekanov S., . Korzhavina I.A., et al.,

18. ZEUS Collaboration, Chekanov S. et al., Nucl. Phys. В 672, 3 (2003).

19. ZEUS Collaboration, Chekanov S. et al., Phys. Lett. В 545, 244 (2002).

20. HI Collaboration, Adloff C. et al., Phys. Lett. В 520, 191 (2001).

21. HI Collaboration, Aktas A. et al., Eur. Phys. J. С 50, 1 (2007), preprint hep-ex/0610076.

22. Bjorken J.D., Hard Diffraction, in Lectures at Spin Sructure in High Energy Processes, Stanford, California, 1993, SLAC-PUB 6463,1993.

23. SLAC Collaboration, Whitlow L.W. et al., Phys. Lett. В 282, 475 (1992); CCFR Collaboration, Seligman W. et al., Phys. Rev. Lett. 79, 1213 (1997); CCFR Collaboration, Bazarko A.O. et al., Z. Phys. С 65, 189 (1995);

24. E866 Collaboration, Hawker E.A. et al., Phys. Rev. Lett. 80, 3715 (1998).

25. Drees M. and Godbole R.M., Pramana J. Phys. 41, 83 (1993);

26. Drees M. and Godbole R.M., MADPH-95-898,BU-TH-95/2; Godbole R.M., Pramana J. Phys. 51, 217 (1998), preprint hep-ph/9807402.

27. ZEUS Collaboration, Cliekanov S. et al., Eur. Phys. J. С 44, 351 (2005); Gladilin L.K., preprint hep-ex/9912064, 1999.

28. HI Collaboration, Aktas A. et al., Eur. Phys. J. С 38, 447 (2005).

29. Anderson B. et al., Phys. Rept. 97, 31 (1983); Kartvelishvili V.G., Likhoded A.K. and Petrov V., Phys. Lett. В 78, 615 (1978).

30. Peterson C. et al., Phys. Rev. D 27, 105 (1983).

31. Nason P., Oleari C., Nucl. Phys. В 565, 245 (2000).

32. ARGUS Collaboration, Albrecht H. et al., Z. Phys. С 52, 353 (1991).

33. OPAL Collaboration, Akers R. et al., Z. Phys. С 67, 27 (1995).

34. Berezhnoy A.V., Kiselev V.V. and Likhoded A.K., preprint hep-ph/9901333; Berezhnoy A.V., Likhoded A.K., preprint hep-ph/0005200; Likhoded A.K. and Slabospitsky S.R., Yad. Fiz. 60, 1097 (1997), preprints IHEP-97-66 и hep-ph/9710476.

35. Berezhnoy A.V., Kiselev V.V. and Likhoded A.K., Yad. Fiz. 63, 1682 (2000); Phys. Atom. Nucl. 63, 1595 (2000);

36. Phys. Rev. D 62, 074013 (2000); Berezhnoy A.V., Likhoded A.K., preprint hep-ph/0204268.

37. Ingelman G. and Schlein P.E., Phys. Lett. В 152, 256 (1985).

38. UA8 Collaboration, Bonini R. et al., Phys. Lett. В 211, 239 (1988); UA8 Collaboration, Brandt A. et al., Eur. Phys. J. С 25, 361 (2002).

39. Frixione S., Nason P. and Ridolfi G., Nucl. Phys. В 454, 3 (1995).

40. Binnevis J. , Kniel B.A. and Kramer G., Z. Phys. С 76, 677 (1997);

41. Kniel В.A., Kramer G. and Spira M., Z. Phys. С 76, 689 (1997); Binnevis J., Kniel B.A. and Kramer G., Phys. Rev. D 48, 014014 (1998).

42. Collins J.C., Phys. Rev. D 58, 094002 (1998); Aivazis M.A.G.,

43. Collins J.C., Olness F.I. and Tung W.-K., Phys. Rev. D 50, 3102 (1994); Olness F.I., Scalise R.S. and Tung W.-K., Phys. Rev. D 59, 0145061999); Shuvakin A., Smith J. and van Neerven W.L., Phys. Rev. D 61, 096004 (1999).

44. HI Collaboration, Aktas A. et al., Eur. Phys. J. С 50, 251 (2007); preprints DESY 06-110, 2006 and hep-ex/0608042.

45. ZEUS Collaboration, Chekanov S. et al., Nucl. Phys. В 729, 492 (2005).

46. Baranov S.P., private communication, to be published.

47. Radyushkin A.V., Phys. Rev. D 56, 5524 (1997).

48. Radyushkin A.V., Phys. Rev. D 59, 014030 (1999); Radyushkin A.V., Phys. Lett. В 449, 81 (1999).

49. Ji X.D., Phys. Rev. D 55, 7114 (1997).

50. Martin A.D., Ryskin M.G., and Teubner Т., Phys. Rev. 62, 0140222000).

51. Ivanov D. Yu., Schafer A., Szymanowski L., and Krasnikov G., Eur. Phys. J. С 34, 297 (2004).

52. Baranov S.P., Szczurek A., preprint hep-ph/0710.1792.

53. ZEUS Collaboration, Breitweg J. et al., Eur. Phys. J. С 1, 81 (1998).

54. ZEUS Collaboration, Derrick M. et al., Phys. Lett. В 315, 481 (1993); ZEUS Collaboration, Derrick M. et al., Phys. Lett. В 332, 228 (1994).

55. ZEUS Collaboration; Chekanov S. et al., Nucl. Phys. В 713, 3 (2005).

56. Gribov V.N. and Lipatov L.N., Sov. J. Nucl. Phys. 15, 438 (1972); Gribov V.N. and Lipatov L.N., Sov. J. Nucl. Phys. 15, 675 (1972); Lipatov L.N., Sov. J. Nucl. Phys. 20, 94 (1975);

57. Kuraev E.A., Lipatov L.N. and Fadin V.S., Sov. Phys. JETP 44,443 (1976); Balitsky Ya.Ya. and Lipatov L.N., Sov. J. Nucl. Phys. 28, 822 (1978).

58. M. Ciafaloni, Nucl. Phys. В 296, 49 (1988);

59. Catani S., Fiorani F. and Marchesini G., Phys. Lett. 234, 399 (1990); Catani S., Fiorani F. and Marchesini G., Nucl. Phys. 336, 18 (1990); Marchesini G., Nucl. Phys. В 445, 49 (1995).

60. HI Collaboration, Aktas A. et al., Eur. Phys. J. С 48, 715 (2006).

61. Particle Data Group, Yao W.M. et al., J. Phys. G 33, 1 (2006).

62. Berger E. et al., Nucl. Phys. В 286, 704 (1987);

63. Streng K., Proc. of the workshop "Physics at HERA", p. 365, Peccei R. (ed.), Hamburg, 1987, preprint CERN-TH 4949 (1998).

64. ZEUS Collaboration, Chekanov S. et al., Eur. Phys. J. С 38, 43 (2004).

65. Botje M.A., Computer code QCDNUM version 16.12,

66. National Institute for Nuclear and High Energy Physics, Amsterdam, The Netherlands, 1998 (unpublished).

67. Donnachie A. and Landshoff P.V., Phys. Lett. В 191, 309 (1987); Erratum-ibid., D 198, 590 (1987); Nucl. Phys. В 303, 634 (1988).

68. Groys M., Levy A. and Proskuryakov A., Proc. of the workshop HERA and the LHC, DESY-CERN, 2004-2005, Jung H. and De Roeck A. (eds.), preprints CERN-2005-014, DESY-PROC-2005-001, 2005 and hep-ph/0601012;

69. Abramowicz H., Groys M., Levy A., preprint hep-ph/0507090.

70. HI Collaboration, paper 980 submitted to 31st Intl. Conf. on High Energy Physics, ICHEP 2002, Amsterdam.

71. HERA. A proposal for a Large Electron-Proton Colliding Beam Facility at DESY, DESY HERA 81-10;

72. Voss G.A. and Wiik B.H., Ann. Rev. Nucl. Part. Sci 44, 413 (1993).

73. ZEUS Collaboration, "A detector for HERA", PRC 87-02; ZEUS Collaboration, "The ZEUS detector", ed. Holm U. Status Report (unpublished), DESY, 1993.

74. Proc. of the workshop HERA and the LHC, DESY-CERN, 2004-2005, Jung H. and De Roeck A. (eds.), preprints CERN-2005-014, DESY-PROC-2005-001, 2005 and hep-ph/0601012.

75. Hilger E., "ZEUS coordinate system", Zeus Note 86-17 (unpublished).

76. Harnew N. et al., Nucl. Inst. Meth. A 279, 290 (1989); Foster B. et al., Nucl. Phys. Proc. Suppl. В 32, 181 (1993); Foster B. et al., Nucl. Inst. Meth. A 338, 254 (1994);

77. Mengel S., Lane J. and Corriveau F., ZEUS Note 92-098(unpublished); Hall-Wilton R., McCubbin N., Nylander P., Sutton M. and Wing M., ZEUS Note 99-024 (unpublished).

78. Derrick M. et al., Nucl. Inst. Meth. A 309, 77 (1991); Andresen A. et al., Nucl. Inst. Meth. A 309, 101 (1991); Caldwell A. et al., Nucl. Inst. Meth. A 321, 356 (1992); Bernstein A. et al., Nucl. Inst. Meth. A 336, 23 (1993).

79. ZEUS FPC Group, Bamberger A. et al, Nucl. Inst, and Meth. A 450, 235 (2000), Zeus Note 97-007 (unpublished).

80. ZEUS Collaboration, Breitweg J. et al., Eur. Phys. J. С 1, 81 (1998); ZEUS Collaboration, Breitweg J. et al., Eur. Phys. J. С 6, 43 (1999); Briskin G., PhD Thesis, Tel Aviv University, Israel, DESY-THESIS-1998-036, 1998.

81. Frixione S. et al, Phys. Lett. В 319, 339 (1993); von Weizsacker C.F., Z. Phys. 88, 612 (1934); Williams E.J., Phys. Rev. 45, 729 (1934).

82. Jung H., Сотр. Phys. Comm. 86, 147 (1995).

83. Sjostrand Т., Сотр. Phys. Comm. 82, 74 (1994); Sjostrand T. et al, Сотр. Phys. Comm. 135, 238 (2001).

84. List B. and Mastroberardino A., Proc. Workshop on Monte Carlo Generators for HERA Physics, p. 396. DESY, Hamburg, Germany, 1999; preprint DESY-PROC-1999-02, available onhttp: //www.desy.de/~heramc/.

85. Budnev V.M. et al., Phys. Reports С 15, 181 (1975).

86. Marchesini G. et al., Сотр. Phys. Comm. 67, 465 (1992); Corcella G. et al., JHEP 0101, 010 (2001).

87. Gliick M., Reya E., and Vogt A., Phys. Rev. D 51, 3220 (1995).

88. Gliick M., Reya E., and Vogt A., Phys. Rev. D 46, 1973 (1992).

89. Tymieniecka T. and Zarniecki A.F., preprint DESY 92-137, 1992.

90. Mandelstam S., Phys. Rev. Lett. 4, 84 (1960);

91. Phys. Rev. 115, 1741, 1752 (1959); Phys. Rev. 112, 1334 (1958).

92. HI Collaboration, Adloff C. et al., Z. Phys. С 76, 613 (1997).

93. Sakurai J.J., Phys. Rev. Lett 22, 981 (1969).

94. Akimov Yu. et al., Phys. Rev. D 14, 3148 (1976); Goulianos K., Phys. Rep. 101 (№3), 169 (1983).

95. CTEQ Collaboration, Lai H.L. et al., Eur. Phys. J. С 12, 375 (2000).

96. Webber B.R., Nucl. Phys. В 238, 492 (1984).

97. Brim R. et al, preprint CERN-DD/EE/84-1, CERN, 1987.

98. Smith W.H., Tokushuku K. and Wiggers L. W., Proc. Computing in High-Energy Physics (CHEP92), p. 222, Annecy, France, 1992, Verkerk C. and Wojcik W. (eds.), CERN, Geneva, Switzerland (1992). Also in preprint DESY 92-150.

99. Frixione S. et al., Nucl. Phys. В 412, 225 (1994).

100. FrixioneS. et al., Nucl. Phys. В 454, 3 (1995); Frixione S. et al., Phys. Lett. В 348, 633 (1995).

101. Harris B.W. and Smith J., Nucl. Phys. В 452, 109 (1995);

102. Phys. Rev. D 57, 2806 (1998); Harris B. W., DESY Workshop on Monte Carlo Generators for HERA Physics, Hamburg, Germany, 1999; preprint ANL-HEP-CP-99-35; Laenen E. et al., Nucl. Phys. В 392, 162, 229 (1993).

103. Nason P. and Oleari C., Phys. Lett. В 447, 327 (1999).

104. ARGUS Collaboration, Albrecht H. et al., Z. Phys. С 52, 353 (1991).

105. Aurenche P., Fontannaz M. and Guillet J.P., Z. Phys. С 64, 621 (1994).

106. ZEUS Collaboration, Derrick M. et al., Z. Phys. С 68, 569 (1995); ibid. С 70, 391 (1996); Phys. Lett. В 356, 129 (1995);

107. HI Collaboration, Adloff C. et al., Z. Phys. С 76, 613 (1997).

108. Bruni P., Ingelman G., Phys. Lett. В 311, 317(1993);

109. Bruni P., Ingelman G., Proc. of the EPS International High Energy Physics Conference, Carr J., Perrottet M. (eds.),

110. Editions Frontieres, Marseille, France, 1993, preprint DESY 93-187; Bruni P., Ingelman G., Solano A., Proc. of the Workshop on Physics at HERA, Vol.1, p.363, Buchmiiller W., Ingelman G. (ed.), DESY, Hamburg, 1991.

111. Bruni P., Ingelman G., Phys.Lett. В 152, 256 (1985).

112. ARGUS Collaboration, Albreclit H. et al., Eur. Phys. J. С 1, 439 (1998).

113. Vermaseren J. A. M., Symbolic Manipulations with FORM, CAN (Computer Algebra Nederland), Kruislaan 413, 1098, SJ Amsterdaam 1991, ISBN 90-74116-01-9.

114. Freund A. and McDermott M., Phys. Rev. D 65, 074008 (2002); Freund A., McDermott M., and Strikman M., Phys. Rev. D 67, 036001 (2003).

115. Gluck M., Reya E., and Vogt A., Eur. Phys. J С 5, 461 (1998).

116. The OPAL Collaboration, Akers R. et al, Z. Phys. С 67 27, (1995).

117. Sinkus R. and Voss Т., Nucl. Inst. Meth. A 391, 360 (1997); Kappes A., PhD Thesis, Universitat Bonn, BONN-IR-2001-16;

118. Viani A. Lopez-Duran, Schlenstedt S., ZEUS Note 00-077 (unpublished); http://www-zeus.desy.de/~straub/ZEUSONLY/zeus.html.

119. ZEUS Collaboration, Derrick M. et al., Phys. Lett. В 322, 287 (1994).

120. ZEUS Collaboration, Derrick M. et al., Phys. Lett. В 349, 225 (1995); ZEUS Collaboration, Breitweg J. et al., Phys. Lett. В 407, 402 (1997); ZEUS Collaboration, Breitweg J. et al., Eur. Phys. J. С 6, 67 (1999); ibid., Eur. Phys. J. С 12, 35 (2000).

121. Nussinov S., Phys. Rev. Lett. 35, 1672 (1975); Fieldman G.J. et al., Phys. Rev. Lett. 38, 1313 (1977).

122. ZEUS Collaboration, Breitweg J. et al., Phys. Lett. В 401, 192 (1997).

123. Bailey D. and Hall-Wilton R., Nucl. Instr. and Meth. A 515, 37 (2003).

124. ZEUS Collaboration, Chekanov S. et al, Eur. Phys. J. С 38, 29 (2004).

125. Blondel A. and Jacquet F., Proc. of the workshop

126. Study of an ep Facility for Europe, ECFA, Amaldi U. (ed.), Hamburg, Germany, DESY 79-48, 391 (1979).

127. Gladilin L. K. and Korzhavina I. A., Correction of Kinematic Variables Reconstructed by the Jacques-Blondel Method for ZEUS Photoproduction Events, ZEUS Note 95-157 (unpublished).

128. James F., Function minimization and error analysis. Reference manual, CERN Program Library. Long writeup, D506. CERN, Geneva, Switzerland, 1994.

129. ZEUS Collaboration, Chekanov S. et al., paper 786, Proc. of the 31st International Conference on High Energy Physics, ICHEP 2002, Amsterdam, Netherlands, 2002, in Nucl. Phys. В Proceedings Supplements (Proc. Suppl.) Vol. 117.

130. Nikolaev N.N. and Zakharov B.G., Z. Phys. С 53, 331 (1992).

131. ZEUS Collaboration; Chekanov S. et al. Nucl. Phys. В 713, 3 (2005).

132. ZEUS Collaboration; Chekanov S. et al., preprint DESY-08-011, submitted to Nucl. Phys. B.

133. ZEUS Collaboration, Chekanov S. et al., Abstract 295 and addendum, contributed to the 22nd International Symposium on Lepton-Photon Interactions at High Energy, Uppsala, Sweden, June 2005 .168 -f- //