利用 FAIR 的\={P}ANDA 实验探测跃迁分布振幅

重子到介子的跃迁分布振幅（TDAs）编码了关于强子结构的宝贵新信息，是多种硬独占反应共线因子化描述中的构建模块。在本文中，我们探讨了利用 FAIR 设施未来的\={P}ANDA 探测器，通过 $\bar{p}p \to e^+e^- \pi^0$ 反应探测核子到介子（$\pi N$）TDAs 的可能性。在高质心能量和高轻子对不变质量平方 $q^2$ 下，信号道 $\bar{p}p \to e^+e^- \pi^0$ 的振幅在前向和后向运动学区域中，可用 $\pi N$ TDAs 和核子分布振幅（DAs）进行 QCD 因子化描述。假设该因子化描述成立，我们对利用\={P}ANDA 探测器测量 $\bar{p}p \to e^+e^- \pi^0$ 进行了可行性研究。针对质心能量平方 $s = 5$ GeV$^2$ 和 $s = 10$ GeV$^2$，分别在运动学区域 $3.0 < q^2 < 4.3$ GeV$^2$ 和 $5 < q^2 < 9$ GeV$^2$ 内，对信号重建效率以及最严重背景道（即 $\bar{p}p \to \pi^+\pi^- \pi^0$）的抑制进行了详细模拟，其中中性π介子在质子 - 反质子质心系中散射于前向或后向锥 $| \cos\theta_{\pi^0}| > 0.5$ 内。模拟结果表明，\={P}ANDA 探测器的粒子识别能力将实现在低（高）$q^2$ 下背景抑制因子达到 $5\cdot 10^7$（$1\cdot 10^7$）（对应 $s=5$ GeV$^2$），以及在低（高）$q^2$ 下达到 $1\cdot 10^8$（$6\cdot 10^6$）（对应 $s=10$ GeV$^2$），同时保持信号重建效率在 40% 左右。在两种能量下，利用对应于 2 fb$^{-1}$ 积分亮度的预期统计量，均可重建出干净的轻子信号。