Recent Physics Topics from ZEUS
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45th PRC meeting ZEUS collaboration/Y. Yamazaki 1
Recent Physics Topics from ZEUS
45th PRC meeting8 July 1998
Yuji Yamazaki (KEK/IPNS-Tanashi)
On behalf of ZEUS collaboration
Outlook:
Low-Q2/Low-x phenomenology of F2
Charm production in DIS
Charged particle production Multijets in photoproduction
High-Q2 neutral current and limits on contact interactions Charged current
Not covering topics on diffraction due to the short time
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Low-Q2/low-x F2 phenomenology
F2 : observation at HERA/ZEUS
• Q2 >> QCD2 (ZEUS nominal vertex)
Steep rise of F2
• 0.1 < Q2 < 0.7 GeV2 (ZEUS BPC) The rise becomes slower, closer to Regge model
• Intermediate region: 1 < Q2 < 4 GeV2 (ZEUS shifted vertex) The slope start to decrease towards low Q2
- F2 behavior and QCD description in transition region
Title:(f2svtx95_dl_zeusfit.eps)Creator:Adobe Illustrator(TM) 5.5Preview:
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08.02
08.0
)1(2
tot*
~
~
)(
xF
W
W
Wpp
e.g. Donnache- Landshoff
45th PRC meeting ZEUS collaboration/Y. Yamazaki 3
… NLO QCD parameterization can fit the behavior
Question:
• How is the parton densities (x) and g(x) derived from the QCD fits ?
• Can we believe the NLO at low Q2 down to ~ 1GeV2 ?
Systematic study of slope in F2 xeff
dlnF2 / dln(1/x)|Q2 = eff : rise of F2, for each Q2
reflecting sea quark xx
dlnF2 / dln(Q2)|x : scaling violation for each x
driven by splitting
~ ,
reflecting gluon density
)(xgPqg qqg
• Fit with ZEUS + E665 data for wider arms on x• compared with
– GRV 94 parameterization both q(x) and g(x) valence like at starting scale Q0
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d lnF2/d ln(1/x) = eff : how steep is the rise in x
Title:(lameff-models-2.eps)Creator:Adobe Illustrator(TM) 5.5Preview:
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Observation:• At Q2 ~ 0 : slow rise• higher eff as Q2 higher
Comparison with models in intermediate Q2 region:
• GRV : tend to have large eff — slower rise of F2 in data
• NLO can fit wide range in Q2
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F2 vs. Q2 : scaling violationTitle:(f2vsq2.eps)Creator:Adobe Illustrator(TM) 5.5Preview:
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• Normal behavior of scaling violation down to x ~ 10-4
– decrease at high-x and rise at low-x
• However, slopes less steeper again at very low-x
Title:(dfdlnfit dfdl_zqcd_zdl.eps)Creator:Adobe Illustrator(TM) 5.5Preview:
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• “Turnover” observed in scaling violation around x ~ 10-4
sea quark production rate smaller in small x and Q2)(xgPqg
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Parton densities x(x) and xg(x) from NLO fit
• The observed behavior of F2:
– modest rise of F2 at low-Q2
– small scaling violation slope at low-x/low-Q2
can be explained by valence-like gluon density (assuming NLO fit to be valid at low-Q2)
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Title:(qcd-fit-bpc.eps)Creator:Adobe Illustrator(TM) 5.5Preview:
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— Of course under debate (large s)
Example: NLO is flexible enough to explain very low Q2 regionbut with large uncertainties prediction power not strong at low Q2
Interesting indication from HERA data, but not conclusive
Need inputs from other process, F2cc and FL
Is NLO valid in low-Q2 (~ 1GeV) range ?
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Title:/data/33c/alex/dstar96/xsecs96-97.epsCreator:HIGZ Version 1.23/09Preview:
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Charm production in DIS Gluon may be valence like at low-Q2 Any other process for more information ?
(Almost) direct measurement: Charm production
Measuring charm cross section
(i.e. )pin down the gluon densityvia D* production
)(2 xF cc
Comparison with NLO using charm density from GRV
• Good agreement overall with NLO• Theory uncertainty mainly from mc (1.3-1.7 GeV)
• High-(D*) ( ~ low-x(D*) ) — small excess
e +e +
(q )
g
p
c
c
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Title:/data/33c/alex/talks/figures/f2z9697h194emcgrv1.3-1Creator:HIGZ Version 1.23/09Preview:
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… and the extracted )(2 xF cc
• Good agreement with NLO (GRV94)
• Steep rise to low-x down to Q2 ~ 2.5 GeV2
but rise slower at lowest Q2 bin – even lower Q2 behavior ?
45th PRC meeting ZEUS collaboration/Y. Yamazaki 10
Title:/automount/data/talisker/uk/jane/95/fort/ln1xpevo.cCreator:HIGZ Version 1.23/07Preview:
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Particle production in DIS
• In the fragmentation universal ? compare with e+e using Breit frame
Title:/automount/data/talisker/uk/jane/95/fort/log1xpmax.Creator:HIGZ Version 1.23/07Preview:
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• 1994-1997 data precise test on universality
• MLLA fit describes the data
• consistent with e+e
Multiplicity distribution and fragmentation function
Current Targetp T
p L
-Q/2
Q/2
(1- x )Q/2 x
*(-Q)e
Evolution on ln(1/xp)
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Title:/export/area18/data/jane/data+old2.colour.epsCreator:HIGZ Version 1.23/07Preview:
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Title:/tmp_mnt/area18/data/jane/data+ee2.colour.epsCreator:HIGZ Version 1.23/07Preview:
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• High-x : negative scaling violation (cf. High-x F2)
reflecting parton branching like in parton density
• Shapes agree with e+e , but 30% lower
• Using the same parameterization as e+ein fragmentation + NLO (CYCLOPS)
Good agreement with data
Universality in fragmentation
Fragmentation functions and Q2 evolution
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Multijet production in photoproduction
Title:/automount/gla1/uk/sinclair/paw/prt.ps (Portrait A 4)Creator:HIGZ Version 1.23/07Preview:
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Jets in photoproduction: hard parton-parton collision (like pp scattering)
33345
234512/2/1
,cos
)()()
M
dPSMxfxfdxdxjjjABd BBAABA
3jet mass Jet angles
3-Jet mass distribution M345 > 50 GeVTitle:/export/area23/data/strcklnd/mjanal/anal/combi/tplo (Portrait A 4)Creator:HIGZ Version 1.23/07Preview:
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calculations(LO for this process)reproducing theshape and the amplitude of the cross section
)( 2sO
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Angular distribution: proving matrix elementsTitle:3body.epsCreator:fig2dev Version 3.2 Patchlevel 0-beta3Preview:
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Title:/export/area23/data/strcklnd/mjanal/anal/combi/tplo (Portrait A 4)Creator:HIGZ Version 1.23/07Preview:
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• cos3 : spin of primary exchanging partons (q, g )
• 3 : ~ 0 or radiated jet is close to the plane of beam and the highest energy jet
Title:/export/area23/data/strcklnd/mjanal/anal/combi/tplo (Portrait A 4)Creator:HIGZ Version 1.23/07Preview:
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Angular distributionsnot described by phase space
described by MC orcalculations
)2( sO
Need colour coherence inQCD for describing the observed distribution
45th PRC meeting ZEUS collaboration/Y. Yamazaki 14
High-Q2 events (NC and CC) 1994-97 results reported in DESY seminar
Events before/after LP97 conference
Title:/automount/oxdata9/uk/quadt/highq2/xsec97/mac/scatt (Portrait A 4)Creator:HIGZ Version 1.22/09Preview:
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Neutral current:
No high-Q2 events( > 20000 GeV2)after LP97
Charged current:Two high-Q2 events( > 20000 GeV2)after LP97
Q 2min Nobs Nexp
10000 6615000 2035000 2
1460 217
02.029.0
Title:scat_xy.epsCreator:HIGZ Version 1.23/07Preview:
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Q 2min Nobs Nexp
10000 22
15000 8
30000 1
7.52.517
9.16.19.3
08.004.006.0
45th PRC meeting ZEUS collaboration/Y. Yamazaki 15
Title:xsec_plot.ps (Portrait A 4)Creator:HIGZ Version 1.23/07Preview:
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Charged current cross section 2/ dQd CC
• Good agreement with standard model prediction up to Q2 ~ 10000 GeV2
• Cross section tend to be high in Q2 > 10000 GeV2
but large uncertainty is large in this region
• e+p CC constrains d-quark density
45th PRC meeting ZEUS collaboration/Y. Yamazaki 16
Title:/automount/oxdata9/uk/quadt/highq2/xsec97/mac/xsec_ (Portrait A 4)Creator:HIGZ Version 1.22/09Preview:
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Neutral current cross section 2/ dQd NC
• Good agreement with standard model prediction up to Q2 ~ 10000 GeV2 except two very high-Q2 events above 35000 GeV2
• Precision sufficient to constrain PDFs, and …
45th PRC meeting ZEUS collaboration/Y. Yamazaki 17
Contact interaction analysis - using NC data
Contact interaction Lagrangean :
Enormous numbers of combinations, but …
• Vector term only
• Constrains from atomic parity violation
• SU(2) symmetry implies: u-quark only term also tested (sensitive at HERA)
24 combinations of (L,R)(u,d)(+,)
0 qRR
qRL
qLR
qLL
diL
uiL
Title:moriond.dviCreator:dvipsk 5.78 p1.4 Copyright 1996-98 ASCII Corp.([email protected])Preview:
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45th PRC meeting ZEUS collaboration/Y. Yamazaki 18
Limits on contact interaction termsTitle:/afs/desy.de/user/d/davidw/slug3/arnulf/foureta.epsCreator:HIGZ Version 1.23/09Preview:
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• Comparable or higher than LEP and Tevatron limits
Title:moriond.dviCreator:dvipsk 5.78 p1.4 Copyright 1996-98 ASCII Corp.([email protected])Preview:
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• Four examples
on fits
45th PRC meeting ZEUS collaboration/Y. Yamazaki 19
Summary of high-Q2 DIS cross section
Title:xsecs.ps (Portrait A 4)Creator:HIGZ Version 1.23/07Preview:
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• This year: ep operation
Comprehensive studies on EW, PDFs (u/d densities etc.)
45th PRC meeting ZEUS collaboration/Y. Yamazaki 20
Summary
• Filling the gap between soft and hard scale in Q2
– intermediate region: NLO fit suggesting gluon density valence like ? • Extending the kinematical region utilizing high statistics runs in 1997
– F2cc : high statistics D*, gluon density ?
– Fragmentation : extended to high-x, similar to e+e
– NC/CC cross section: start to constrain PDFs Sensitivity to contact interaction term Electroweak sector
• Extending phase space in final state
– Multijets in photoproduction: QCD matrix element test See also ICHEP contributions.