[論文レビュー] B-meson production in p\\bar p collisions at Tevatron with k_T-factorization

S. P. Baranov, A. V. Lipatov+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 19, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、Tevatronにおける$p\bar{p}$衝突における$b$クォークおよび$B$メソン生成に、$k_T$-因子化QCDアプローチを適用し、横運動量に依存する部分的過程を記述するために非統合グルーオン分布（UGD）を用いる。$b$クォーク、$B$メソン、崩壊したミュオンの断面積について、D\OおよびCDFのデータと良好な一致を示し、特にJBおよびKMSのUGDパラメータ化において顕著である。また、TevatronおよびLHCにおけるミュオン-ミュオンおよびミュオン-ジェット断面積の予測を行う。

ABSTRACT

In the framework of the k_T-factorization QCD approach we consider the production of b quark pairs in p\\bar p collisions at the Fermilab Tevatron. We investigate the dependence of the b quark, B meson and decay muon differential cross sections on the different forms of unintegrated gluon distributions. The analysis also covers the azimuthal correlations between the b and \\bar b quarks and their decay muons. Our theoretical results agree well with recent data taken by the D0 and CDF collaborations at Tevatron. Finally, we present our predictions for muon-muon and muon-jet cross sections at the Tevatron and CERN LHC conditions.

研究の動機と目的

• Tevatronにおける$b$フラバー生成に関する、次-leading order（NLO）pQCD予測と実験的データとの間にある長年の不一致（断面積が2倍以上過剰）を解消すること。
• 横運動量に依存する非統合グルーオン分布（UGD）が、$b$クォーク、$B$メソン、および崩壊ミュオンの微分断面積に与える影響を調査すること。
• $b\bar{b}$クォークとそれらの崩壊ミュオンとの間の方位角相関を、生成メカニズムおよびUGDの性質を調べるプローブとして分析すること。
• 実際の検出器の条件を反映したカットを用いて、TevatronおよびCERN LHCのエネルギーにおけるミュオン-ミュオンおよびミュオン-ジェット断面積の理論的予測を提供すること。

提案手法

• $k_T$-因子化アプローチを用い、Balitsky-Fadin-Kuraev-Lipatov（BFKL）発展方程式に基づいて、$1/x$および$\mu^2/\Lambda_{\text{QCD}}^2$における大きな対数を再帰的に取り入れ、$q_T$-依存性を持つ非統合グルーオン分布（UGD）を導出する。
• 偏極テンソル$ L^{\mu\nu} = q_T^\mu q_T^\nu / q_T^2 $を用いた非スクリーン行列要素を用い、横運動量に依存する硬い部分的過程$gg \to b\bar{b}$を記述する。
• JB、KMSおよび他の2つのUGDパラメータ化（先行研究からの誤植のある1つを含む）を用いて、結果がUGDの形にどれほど敏感であるかを評価する。
• 実験的条件に一致する運動量カット（$p_T^\mu > 6\,\text{GeV}$、$|y^\mu| < 2.5$、および$6 < m^{\mu\mu} < 35\,\text{GeV}$）を用いて、フェーズスペースにおける数値的積分を実行する。
• D\OおよびCDFのデータと比較するため、理論的微分断面積$ d\sigma/dp_T^{\mu} $、$ dy^{\mu} $、および$ d\sigma/d\Delta\phi^{\mu\mu} $を計算する。
• ATLASに類似たカットを用いて、$\sqrt{s} = 1.96\,\text{TeV}$（Tevatron）および$14\,\text{TeV}$（LHC）におけるミュオン-ミュオンおよびミュオン-ジェット最終状態の断面積を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Tevatronにおける$p\bar{p}$衝突において、異なる非統合グルーオン分布（UGD）パラメータ化が、$b$クォーク、$B$メソン、および崩壊ミュオンの微分断面積にどのように影響を与えるか。
• RQ2 $b\bar{b}$クォークとそれらの崩壊ミュオンとの間の方位角相関は、$k_T$-因子化とleading-order pQCD予測をどれほど区別できるか。
• RQ3 D\OおよびCDFの$b$フラバー生成およびミュオン相関に関するデータを最もよく記述するのは、JB、KMS、または他のUGDモデルのどれか。
• RQ4 実際の検出器カットを適用した場合、TevatronおよびLHCにおけるミュオン-ミュオンおよびミュオン-ジェット最終状態の断面積は予測されるか。
• RQ5 結果は、因子化スケール$\mu^2 = q_T^2$および$ m_b = 4.75\,\text{GeV}$ の選択にどれほど敏感か。

主な発見

• JBおよびKMSの非統合グルーオン分布を用いた$k_T$-因子化アプローチは、$b$クォーク、$B$メソン、および崩壊ミュオンの微分断面積について、D\OおよびCDFのデータと良好な一致を示す。
• 前方領域（$2.4 < |y^\mu| < 3.2$）における$ d\sigma/dp_T^\mu $および$ dy^\mu $の$k_T$-因子化結果は、実験データとよく一致するが、NLO pQCDはデータを4倍程度低く見積もっている。
• 方位角相関$ d\sigma/d\Delta\phi^{\mu\mu} $は、JBおよびKMSのUGDがD\Oのデータを再現しているが、パラメータ化（11）は$\Delta\phi^{\mu\mu} \sim 0$の近傍でデータを低く見積もっており、$\alpha_S^n \ln^n(1/x)$の寄与が重要であることを示唆している。
• $k_T$-因子化アプローチは、初期状態のグルーオンの横運動量に起因して、LO pQCDが予測する$\pi$での鋭いピークとは異なり、$\Delta\phi^{\mu\mu}$に広がりのある分布を予測する。
• LHC（$\sqrt{s} = 14\,\text{TeV}$）におけるミュオン-ミュオンおよびミュオン-ジェット断面積の理論的予測が提供され、曲線は使用したUGDモデルに依存する感度を示している。
• 本研究は、特に小$x$領域において、JBおよびKMSのUGDが他のパラメータ化よりも$b\bar{b}$生成および相関を記述する上でより信頼できると結論づける。