[論文レビュー] Complete calculation of exclusive heavy vector meson production at next-to-leading order in the dipole picture

Heikki Mäntysaari, Jani Penttala|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2022

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 89被引用数 60

ひとこと要約

本稿では、QCD補正（∼αs）と相対論的補正（∼v²）を含む、色ガラスコンデンエート（CGC）フレームワークにおける、最初の次-leading order（NLO）の排他的横偏光状態の重いベクトルメソン生成の計算を提示する。O(αsv⁰, α₀sv²)の精度に達し、HERAおよびLHCのデータと良好な一致を示し、構造関数の分析に比べてベクトルメソン生成がBalitsky-Kovchegov（BK）方程式の非摂動的初期条件に対してより厳しい制約を提供することを示している。

ABSTRACT

Exclusive production of transversely polarized heavy vector mesons in deep inelastic scattering at high energy is calculated at next-to-leading order accuracy in the Color Glass Condensate framework. In addition to the first QCD correction proportional to the strong coupling constant $\alpha_s$, we systematically also include the first relativistic correction proportional to the heavy quark velocity squared $v^2$. When combined with our previously published results for longitudinal vector meson production at next-to-leading order accuracy, these results make phenomenological calculations of heavy vector meson production possible at the order $\mathcal{O}(\alpha_s v^0, \alpha_s^0 v^2)$. When applied to $\mathrm{J}/\psi$ and $\Upsilon$ production at HERA and at the LHC, a good agreement between the next-to-leading order calculations and experimental data is found. Additionally, we demonstrate that vector meson production can provide additional constraints compared to structure function analyses when the nonperturbative initial condition for the Balitsky-Kovchegov evolution equation is extracted.

研究の動機と目的

• 色ガラスコンデンエート（CGC）フレームワーク内での、ドロップレット図式による高エネルギー散乱を記述する。
• 次-leading order（NLO）のQCD補正（∼αs）と一次相対論的補正（∼v²）を生産振幅に体系的に組み込む。
• HERAおよびLHCの実験データと整合するO(αsv⁰, α₀sv²)の精度で、J/ψおよびΥ生成の現象論的解析を可能にする。
• ベクトルメソン生成が、構造関数測定に比べてBalitsky-Kovchegov（BK）発展方程式の非摂動的初期条件に対してより強い制約を提供することを示す。

提案手法

• 仮想光子がq¯qドロップレットに分裂する過程を記述するドロップレット図式を用い、標的に散乱する過程を記述する。
• 横偏光状態のベクトルメソン生成に対するNLO散乱振幅を計算し、NLOでq¯qおよびq¯qgフォック状態への光子分裂の寄与を含む。
• 非摂動的QCD（NRQCD）行列要素を用いて重クォーク速度依存性をモデル化し、ライト・フロント波動関数形式を介して相対論的補正を組み込む。
• 初期条件をHERA構造関数データにNLO精度でフィットした上で、BK方程式による発展を伴うNLOドロップレット-標的散乱振幅を実装する。
• KCBK発展方程式を用い、さまざまな初期迅速度設定（Y₀,BK = 4.61およびY₀,BK = 0）の下で微分断面積および全断面積を数値的に評価する。
• HERAおよびLHCのJ/ψおよびΥ光生成データと比較し、t積分断面積およびW依存性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CGCフレームワークにおいて、QCD補正と相対論的補正を含む、排他的横偏光重いベクトルメソン生成をNLO精度で計算可能か？
• RQ2 NLO QCD補正と相対論的補正（∼v²）は、HERAおよびLHCにおけるJ/ψおよびΥ生成の全断面積および微分断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ3 構造関数測定に比べて、ベクトルメソン生成はBalitsky-Kovchegov（BK）方程式の非摂動的初期条件に対してどれほど強い制約を提供するか？
• RQ4 異なる初期発展迅速度設定（Y₀,BK = 4.61 対 Y₀,BK = 0）は、特に低エネルギー中心系質量領域でNLO断面積にどのような影響を与えるか？

主な発見

• O(αsv⁰, α₀sv²)のNLO計算において、横偏光J/ψ生成は、相対論的補正を含めた場合、HERAおよびLHCのデータと良好に一致する。
• 相対論的補正は、特に光子の有効質量が小さい領域でNLO補正よりも大きく、HERAデータとの一致をわずかに改善する。
• Υ光生成では、Wに依存しなくても相対論的補正は小さく（約3％）、一方NLO補正は、LOに比べてW依存性を顕著に減少させる。
• Y₀,BK = 0（初期発展なし）のドロップレット振幅フィットを用いた場合、NLO補正が非常に大きく、低W領域では断面積が負値をとるようになるなど、初期条件モデル化に敏感であることが示された。
• 結果は、ベクトルメソン生成が構造関数解析に比べて非摂動的初期条件に対してより敏感であり、BK方程式の初期条件に対するより強い制約を提供することを示している。
• NLO QCD補正と相対論的補正の両方を組み込むことで、O(αsv⁰, α₀sv²)の精度で排他的重いベクトルメソン生成の最初の一貫した現象論的研究が可能となり、今後のEICおよびLHC UPC物理学に道筋を提供する。