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Baryon-to-meson Transition Distribution Amplitudes (TDAs) encoding valuable new information
on hadron structure appear as building blocks in the collinear factorized description for several types of
hard exclusive reactions. In this paper, we address the possibility of accessing nucleon-to-pion (N) TDAs
from ¯pp ! e+e−0 reaction with the future ¯ PANDA detector at the FAIR facility. At high center of mass
energy and high invariant mass of the lepton pair q2, the amplitude of the signal channel ¯pp ! e+e−0
admits a QCD factorized description in terms of N TDAs and nucleon Distribution Amplitudes (DAs)
in the forward and backward kinematic regimes. Assuming the validity of this factorized description, we
perform feasibility studies for measuring ¯pp ! e+e−0 with the ¯ PANDA detector. Detailed simulations
on signal reconstruction efficiency as well as on rejection of the most severe background channel, i.e.
¯pp ! +−0 were performed for the center of mass energy squared s = 5 GeV2 and s = 10 GeV2, in the
kinematic regions 3.0 < q2 < 4.3 GeV2 and 5 < q2 < 9 GeV2, respectively, with a neutral pion scattered in
the forward or backward cone | cos 0 | > 0.5 in the proton-antiproton center of mass frame. Results of the
simulation show that the particle identification capabilities of the ¯PANDA detector will allow to achieve
a background rejection factor of 5 · 107 (1 · 107) at low (high) q2 for s = 5 GeV2, and of 1 · 108 (6 · 106)
at low (high) q2 for s = 10 GeV2, while keeping the signal reconstruction efficiency at around 40%. At
both energies, a clean lepton signal can be reconstructed with the expected statistics corresponding to 2
fb−1 of integrated luminosity. The future measurement of the signal channel cross section with ¯ PANDA
will provide a new test of perturbative QCD description of a novel class of hard exclusive reactions and
will open the possibility of experimentally accessing N TDAs.
Experimental access to Transition Distribution Amplitudes with the P̄ANDA experiment at FAIR / The PANDA Collaboration, N., Singh, B.P., Erni, W., Keshelashvili, I., Krusche, B., Steinacher, M., Liu, B., Liu, H., Liu, Z., Shen, X., Wang, C., Zhao, J., Albrecht, M., Fink, M., Heinsius, F.H., Held, T., Holtmann, T., Koch, H., Kopf, B., Kümmel, M., et al.. - In: THE EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL. A, HADRONS AND NUCLEI. - ISSN 1434-6001. - STAMPA. - 51:8(2015). [10.1140/epja/i2015-15107-y]
Experimental access to Transition Distribution Amplitudes with the P̄ANDA experiment at FAIR
The PANDA Collaboration, Null;Singh, B. P;Erni, W.;Keshelashvili, I.;Krusche, B.;Steinacher, M.;Liu, B.;Liu, H.;Liu, Z.;Shen, X.;Wang, C.;Zhao, J.;Albrecht, M.;Fink, M.;Heinsius, F. H.;Held, T.;Holtmann, T.;Koch, H.;Kopf, B.;Kümmel, M.;Kuhl, G.;Kuhlmann, M.;Leyhe, M.;Mikirtychyants, M.;Musiol, P.;Mustafa, A.;Pelizäus, M.;Pychy, J.;Richter, M.;Schnier, C.;Schröder, T.;Sowa, C.;Steinke, M.;Triffterer, T.;Wiedner, U.;Beck, R.;Hammann, C.;Kaiser, D.;Ketzer, B.;Kube, M.;Mahlberg, P.;Rossbach, M.;Schmidt, C.;Schmitz, R.;Thoma, U.;Walther, D.;Wendel, C.;Wilson, A.;Bianconi, A.;Bragadireanu, M.;Caprini, M.;Pantea, D.;Pietreanu, D.;Vasile, M. 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2015
Abstract
Baryon-to-meson Transition Distribution Amplitudes (TDAs) encoding valuable new information
on hadron structure appear as building blocks in the collinear factorized description for several types of
hard exclusive reactions. In this paper, we address the possibility of accessing nucleon-to-pion (N) TDAs
from ¯pp ! e+e−0 reaction with the future ¯ PANDA detector at the FAIR facility. At high center of mass
energy and high invariant mass of the lepton pair q2, the amplitude of the signal channel ¯pp ! e+e−0
admits a QCD factorized description in terms of N TDAs and nucleon Distribution Amplitudes (DAs)
in the forward and backward kinematic regimes. Assuming the validity of this factorized description, we
perform feasibility studies for measuring ¯pp ! e+e−0 with the ¯ PANDA detector. Detailed simulations
on signal reconstruction efficiency as well as on rejection of the most severe background channel, i.e.
¯pp ! +−0 were performed for the center of mass energy squared s = 5 GeV2 and s = 10 GeV2, in the
kinematic regions 3.0 < q2 < 4.3 GeV2 and 5 < q2 < 9 GeV2, respectively, with a neutral pion scattered in
the forward or backward cone | cos 0 | > 0.5 in the proton-antiproton center of mass frame. Results of the
simulation show that the particle identification capabilities of the ¯PANDA detector will allow to achieve
a background rejection factor of 5 · 107 (1 · 107) at low (high) q2 for s = 5 GeV2, and of 1 · 108 (6 · 106)
at low (high) q2 for s = 10 GeV2, while keeping the signal reconstruction efficiency at around 40%. At
both energies, a clean lepton signal can be reconstructed with the expected statistics corresponding to 2
fb−1 of integrated luminosity. The future measurement of the signal channel cross section with ¯ PANDA
will provide a new test of perturbative QCD description of a novel class of hard exclusive reactions and
will open the possibility of experimentally accessing N TDAs.
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