[論文レビュー] Diffractive production of vector mesons in Deep Inelastic Scattering within k_t-factorization approach

Igor Ivanov|ArXiv.org|Mar 6, 2003

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、$F_{2p}$ データから抽出した非統合グルーオン分布を用いて、$1S$、$2S$、$D$-波状態を記述する $k_t$-因子化手法を、深く非弾性散乱におけるドリフト的ベクトルメソン生成に適用する。$1S$ 状態では実験データと良好な一致を示し、励起状態では明確に異なる挙動を示す。これにより、閉形式の振幅を用いたスピン・運動量状態の分析が可能となる。

ABSTRACT

In this work we give a theoretical description of the elastic vector meson production in diffractive DIS developed within the k_t-factorization formalism. Since the k_t-factorization scheme does not require large values of Q^2+m_V^2, we conduct an analysis that is applicable to all values of Q^2 from photo- up to highly virtual production of vector mesons. The basic quantity in this approach -- the unintegrated gluon structure function -- was for the first time extracted from the experimental data on F_{2p}, thoroughly investigated, and consistently used in the vector meson production calculation. Moreover, by limiting ourselves to the lowest Fock state of the vector meson, we were able to construct in a closed form the theory of spin-angular coupling in the vector meson. This allowed us for the first time to address the production of a vector meson in a given spin-angular state. We performed an extensive analytical and numerical investigation of the properties of 1S, 2S, and D-wave vector meson production reactions. Treating the physical ground state vector mesons as purely 1S states, we observed a good overall agreement with all available experimental data on vector meson production. For the excited states, our analysis predicts a picture which is remarkably different from 1S-state, so that such reactions can be regarded as potential sources of new information on the structure of excited states in vector mesons.

研究の動機と目的

• 深く非弾性散乱におけるドリフト的ベクトルメソン生成を $k_t$-因子化を用いて理論的枠組みとして構築すること。
• 実験的 $F_{2p}$ データから一貫した物性的アプローチで非統合グルーオン構造関数を抽出し、ベクトルメソン生成計算への一貫した適用を可能とすること。
• スピン・運動量結合の閉形式理論を構築し、特定のスピン・運動量状態における生成の分析を可能とすること。
• $Q^2$ の全範囲（光生成から高仮想性まで）における $1S$、$2S$、$D$-波ベクトルメソン生成を調査すること。
• $1S$ 基底状態の予測を実験データと比較し、励起状態（$2S$、$D$-波）の特徴的な構造を検討すること。

提案手法

• $k_t$-因子化形式を用いて、$Q^2 + m_V^2$ が大きい必要がないため、$Q^2$ 全範囲にわたる適用が可能となるベクトルメソン生成を記述する。
• $F_{2p}$ データから一貫した物性的アプローチで非統合グルーオン分布関数を抽出する。
• $q\bar{q}$ フォック状態を用いたライトコーン波動関数（LCWF）でベクトルメソンをモデル化し、正規化された $S$-波および $D$-波波動関数を用いる。
• ナーブな $q\bar{q}V$ 頂点を用いてヘリシティ振幅を導出し、崩壊定数および波動関数正規化を介した相対論的補正を含める。
• 運動量空間における角度平均を実行し、微分断面積を計算する。三重・ポメロン頂点を介してインパクトパラメータ依存性を組み込む。
• ターム展開を適用し、$L \to L$ 振幅をベンチマークとして評価し、直接実験データとの比較が可能な $\Gamma(V \to e^+e^-)$ を用いて結果を表現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 この $k_t$-因子化手法は、光生成を含む $Q^2$ 全範囲においてドリフト的ベクトルメソン生成をどのように記述できるか？
• RQ2 $F_{2p}$ データから抽出した非統合グルーオン分布関数は、ベクトルメソン生成振幅をどれほど正確に記述できるか？
• RQ3 ベクトルメソン生成におけるスピン・運動量相関は何か？この枠組み内で閉形式で計算可能か？
• RQ4 $1S$ 状態の生成ダイナミクスと $2S$ や $D$-波励起状態の生成ダイナミクスはどのように異なるか？
• RQ5 このモデルは $1S$ ベクトルメソンの実験的データを再現できるか？また、励起状態の新しい特徴を予測できるか？

主な発見

• モデルは $1S$ ベクトルメソンのすべての利用可能な実験的データと良好な一致を示し、抽出された非統合グルーオン分布を用いた $k_t$-因子化手法の妥当性が裏付けられる。
• $1S$ 状態では、$L \to L$ 振幅が微分断面積が $Q^2 / m_V^2 \cdot \Gamma(V \to e^+e^-) \cdot G^2 \alpha_s^2 / (Q^2 + m_V^2)^4$ に比例することを示し、実験データとの直接比較が可能となる。
• 相対論的補正を含めた場合、$S$-波振幅は特定の $q\bar{q}V$ 頂点形式に敏感ではなく、高次のターム振幅においてわずかな差異しか生じない。
• 励起状態（$2S$、$D$-波）は $1S$ 状態とは著しく異なる生成ダイナミクスを示し、励起メソン構造のプローブとして利用可能である可能性がある。
• スピン・運動量振幅の閉形式表現により、初めて特定のスピンおよび角運動量状態におけるベクトルメソン生成の研究が可能となった。
• モデルは三重・ポメロン頂点パラメータ $B_{3\text{IP}}$ に強く依存しており、これは断面積の $t$-依存性を制御し、実験データと整合的である。