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, Andrea; Bragadireanu, M.; Caprini, M.; Pantea, D.; Pietreanu, D.; Vasile, M. E.; Patel, B.; Kaplan, D.; Brandys, P.; Czyzewski, T.; Czyzycki, W.; Domagala, M.; Hawryluk, M.; Filo, G.; Krawczyk, M.; Kwiatkowski, D.; Lisowski, E.; Lisowski, F.; Fiutowski, T.; Idzik, M.; Mindur, B.; Przyborowski, D.; Swientek, K.; Czech, B.; Kliczewski, S.; Korcyl, K.; Kozela, A.; Kulessa, P.; Lebiedowicz, P.; Malgorzata, K.; Pysz, K.; Schäfer, W.; Siudak, R.; Szczurek, A.; Biernat, J.; Jowzaee, S.; Kamys, B.; Kistryn, S.; Korcyl, G.; Krzemien, W.; Magiera, A.; Moskal, P.; Palka, M.; Psyzniak, A.; Rudy, Z.; Salabura, P.; Smyrski, J.; Strzempek, P.; Wrońska, A.; Augustin, I.; Lehmann, I.; Nicmorus, D.; Schepers, G.; Schmitt, L.; Al Turany, M.; Cahit, U.; Capozza, L.; Dbeyssi, A.; Deppe, H.; Dzhygadlo, R.; Ehret, A.; Flemming, H.; Gerhardt, A.; Götzen, K.; Karabowicz, R.; Kliemt, R.; Kunkel, J.; Kurilla, U.; Lehmann, D.; Lühning, J.; Maas, F.; Morales Morales, C.; Mora Espí, M. C.; Nerling, F.; Orth, H.; Peters, K.; Rodríguez Piñeiro, D.; Saito, N.; Saito, T.; Sánchez Lorente, A.; Schmidt, C. J.; Schwarz, C.; Schwiening, J.; Traxler, M.; Valente, R.; Voss, B.; Wieczorek, P.; Wilms, A.; Zühlsdorf, M.; Abazov, V. M.; Alexeev, G.; Arefiev, A.; Astakhov, V. I.; Barabanov, M. Y. u.; Batyunya, B. V.; Davydov, Y. u. I.; Dodokhov, V. K. h.; Efremov, A. A.; Fedunov, A. G.; Festchenko, A. A.; Galoyan, A. S.; Grigoryan, S.; Karmokov, A.; Koshurnikov, E. K.; Lobanov, V. I.; Lobanov, Y. u. Y. u.; Makarov, A. F.; Malinina, L. V.; Malyshev, V. L.; Mustafaev, G. A.; Olshevskiy, A.; Pasyuk, M. A.; Perevalova, E. A.; Piskun, A. A.; Pocheptsov, T. A.; Pontecorvo, G.; Rodionov, V. K.; Rogov, Y. u. N.; Salmin, R. A.; Samartsev, A. G.; Sapozhnikov, M. G.; Shabratova, G. S.; Skachkov, N. B.; Skachkova, A. N.; Strokovsky, E. A.; Suleimanov, M. K.; Teshev, R. S. h.; Tokmenin, V. V.; Uzhinsky, V. V.; Vodopyanov, A. S.; Zaporozhets, S. A.; Zhuravlev, N. I.; Zorin, A. G.; Branford, D.; Glazier, D.; Watts, D.; Woods, P.; Britting, A.; Eyrich, W.; Lehmann, A.; Uhlig, F.; Dobbs, S.; Seth, K.; Tomaradze, A.; Xiao, T.; Bettoni, D.; Carassiti, V.; Cotta Ramusino, A.; Dalpiaz, P.; Drago, A.; Fioravanti, E.; Garzia, I.; Savriè, M.; Stancari, G.; Akishina, V.; Kisel, I.; Kulakov, I.; Zyzak, M.; Arora, R.; Bel, T.; Gromliuk, A.; Kalicy, G.; Krebs, M.; Patsyuk, M.; Zuehlsdorf, M.; Bianchi, N.; Gianotti, P.; Guaraldo, C.; Lucherini, V.; Pace, E.; Bersani, A.; Bracco, G.; Macri, M.; Parodi, R. F.; Bianco, S.; Bremer, D.; Brinkmann, K. T.; Diehl, S.; Dormenev, V.; Drexler, P.; Düren, M.; Eissner, T.; Etzelmüller, E.; Föhl, K.; Galuska, M.; Gessler, T.; Gutz, E.; Hayrapetyan, A.; Hu, J.; Kröck, B.; Kühn, W.; Kuske, T.; Lange, S.; Liang, Y.; Merle, O.; Metag, V.; Mülhheim, D.; Münchow, D.; Nanova, M.; Novotny, R.; Pitka, A.; Quagli, T.; Rieke, J.; Rosenbaum, C.; Schnell, R.; Spruck, B.; Stenzel, H.; Thöring, U.; Ullrich, M.; Wasem, T.; Werner, M.; Zaunick, H. G.; Ireland, D.; Rosner, G.; Seitz, B.; Deepak, P. N.; Kulkarni, A. V.; Apostolou, A.; Babai, M.; Kavatsyuk, M.; Lemmens, P.; Lindemulder, M.; Löhner, H.; Messchendorp, J.; Schakel, P.; Smit, H.; van der Weele, J. C.; Tiemens, M.; Veenstra, R.; Vejdani, S.; Kalita, K.; Mohanta, D. P.; Kumar, A.; Roy, A.; Sahoo, R.; Sohlbach, H.; Büscher, M.; Cao, L.; Cebulla, A.; Deermann, D.; Dosdall, R.; Esch, S.; Georgadze, I.; Gillitzer, A.; Goerres, A.; Goldenbaum, F.; Grunwald, D.; Herten, A.; Hu, Q.; Kemmerling, G.; Kleines, H.; Kozlov, V.; Lehrach, A.; Leiber, S.; Maier, R.; Nellen, R.; Ohm, H.; Orfanitski, S.; Prasuhn, D.; Prencipe, E.; Ritman, J.; Schadmand, S.; Schumann, J.; Sefzick, T.; Serdyuk, V.; Sterzenbach, G.; Stockmanns, T.; Wintz, P.; Wüstner, P.; Xu, H.; Li, S.; Li, Z.; Sun, Z.; Xu, H.; Rigato, V.; Fissum, S.; Hansen, K.; Isaksson, L.; Lundin, M.; Schröder, B.; Achenbach, P.; Bleser, S.; Cardinali, M.; Corell, O.; Deiseroth, M.; Denig, A.; Distler, M.; Feldbauer, F.; Fritsch, M.; Jasinski, P.; Hoek, M.; Kangh, D.; Karavdina, A.; Lauth, W.; Leithoff, H.; Merkel, H.; Michel, M.; Motzko, C.; Müller, U.; Noll, O.; Plueger, S.; Pochodzalla, J.; Sanchez, S.; Schlimme, S.; Sfienti, C.; Steinen, M.; Thiel, M.; Weber, T.; Zambrana, M.; Dormenev, V. I.; Fedorov, A. A.; Korzihik, M. V.; Missevitch, O. V.; Balanutsa, P.; Balanutsa, V.; Chernetsky, V.; Demekhin, A.; Dolgolenko, A.; Fedorets, P.; Gerasimov, A.; Goryachev, V.; Varentsov, V.; Boukharov, A.; Malyshev, O.; Marishev, I.; Semenov, A.; Konorov, I.; Paul, S.; Grieser, S.; Hergemöller, A. K.; Khoukaz, A.; Köhler, E.; Täschner, A.; Wessels, J.; Dash, S.; Jadhav, M.; Kumar, S.; Sarin, P.; Varma, R.; Chandratre, V. B.; Datar, V.; Dutta, D.; Jha, V.; Kumawat, H.; Mohanty, A. K.; Roy, B.; Yan, Y.; Chinorat, K.; Khanchai, K.; Ayut, L.; Pornrad, S.; Barnyakov, A. Y.; Blinov, A. E.; Blinov, V. E.; Bobrovnikov, V. S.; Kononov, S. A.; Kravchenko, E. A.; Kuyanov, I. A.; Onuchin, A. P.; Sokolov, A. A.; Tikhonov, Y. A.; Atomssa, E.; Hennino, T.; Imre, M.; Kunne, R.; Le Galliard, C.; Ma, B.; Marchand, D.; Ong, S.; Ramstein, B.; Rosier, P.; Tomasi Gustafsson, E.; Van de Wiele, J.; Boca, G.; Costanza, S.; Genova, P.; Lavezzi, L.; Montagna, P.; Rotondi, A.; Abramov, V.; Belikov, N.; Bukreeva, S.; Davidenko, A.; Derevschikov, A.; Goncharenko, Y.; Grishin, V.; Kachanov, V.; Kormilitsin, V.; Melnik, Y.; Levin, A.; Minaev, N.; Mochalov, V.; Morozov, D.; Nogach, L.; Poslavskiy, S.; Ryazantsev, A.; Ryzhikov, S.; Semenov, P.; Shein, I.; Uzunian, A.; Vasiliev, A.; Yakutin, A.; Yabsley, B.; Bäck, T.; Cederwall, B.; Makónyi, K.; Tegnér, P. E.; von Würtemberg, K. M.; Belostotski, S.; Gavrilov, G.; Izotov, A.; Kashchuk, A.; Levitskaya, O.; Manaenkov, S.; Miklukho, O.; Naryshkin, Y.; Suvorov, K.; Veretennikov, D.; Zhadanov, A.; Rai, A. K.; Godre, S. S.; Duchat, R.; Amoroso, A.; Bussa, M. P.; Busso, L.; De Mori, F.; Destefanis, M.; Fava, L.; Ferrero, L.; Greco, M.; Maggiora, M.; Maniscalco, G.; Marcello, S.; Sosio, S.; Spataro, S.; Zotti, L.; Calvo, D.; Coli, S.; De Remigis, P.; Filippi, A.; Giraudo, G.; Lusso, S.; Mazza, G.; Mingnore, M.; Rivetti, A.; Wheadon, R.; Balestra, F.; Iazzi, F.; Introzzi, R.; Lavagno, A.; Younis, H.; Birsa, R.; Bradamante, F.; Bressan, A.; Martin, A.; Clement, H.; Gålnander, B.; Caldeira Balkeståhl, L.; Calén, H.; Fransson, K.; Johansson, T.; Kupsc, A.; Marciniewski, P.; Pettersson, J.; Schönning, K.; Wolke, M.; Zlomanczuk, J.; Díaz, J.; Ortiz, A.; Vinodkumar, P. C.; Parmar, A.; Chlopik, A.; Melnychuk, D.; Slowinski, B.; Trzcinski, A.; Wojciechowski, M.; Wronka, S.; Zwieglinski, B.; Bühler, P.; Marton, J.; Suzuki, K.; Widmann, E.; Zmeskal, J.; Fröhlich, B.; Khaneft, D.; Lin, D.; Zimmermann, I.; Semenov Tian Shansky, K.

doi:10.1140/epja/i2015-15107-y

Baryon-to-meson Transition Distribution Amplitudes (TDAs) encoding valuable new informa- tion 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 (πN ) TDAs from p ̄ p → e+ e−π0 reaction with the future PANDA ̄ detector at the FAIR facility. At high center- of-mass energy and high invariant mass squared of the lepton pair q 2 , the amplitude of the signal channel p ̄ p → e+ e−π0 admits a QCD factorized description in terms of πN TDAs and nucleon Distribution Am- plitudes (DAs) in the forward and backward kinematic regimes. Assuming the validity of this factorized description, we perform feasibility studies for measuring p ̄ p → e+ e−π0 with the PANDA ̄ detector. Detailed simulations on signal reconstruction efficiency as well as on rejection of the most severe background channel, i.e. p ̄ p → π+π− π 0 were performed for the center-of-mass energy squared s = 5 GeV 2 and s = 10 GeV2 , in the kinematic regions 3.0 < q2 < 4.3 GeV2 and 5 < q 2 < 9 GeV2 , respectively, with a neutral pion scattered in the forward or backward cone | cos θπ0 | > 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) q 2 for s = 5 GeV 2, 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 cross sections obtained from the simulations are used to show that a test of QCD collinear factorization can be done at the lowest order by measuring scaling laws and angular distributions. The future measurement of the signal channel cross section with PANDA ̄ will provide a new test of the perturbative QCD description of a novel class of hard exclusive reactions and will open the possibility of experimentally accessing πN TDAs.