[論文レビュー] Direct J/psi and psi' Polarization and Cross Sections at the Tevatron

Μ. Beneke, M. Kraemer|arXiv (Cornell University)|Nov 3, 1996

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、非相対論的QCD（NRQCD）因子化を用いて、Tevatronにおけるp̄p衝突におけるJ/ψおよびψ′のチャーミオン状態の横方向偏光および微分断面積について理論的予測を提示する。中程度の横方向運動量（pt ≈ 4–20 GeV）において、ptの増加に伴い偏光の変化が著しく、pt ≈ 5 GeVでは横方向偏光が予想されないが、より高いptでは強い横方向偏光が出現することが判明し、色八重項メカニズムおよびクォーカー系生成におけるスピン対称性の主要なテストを提供する。

ABSTRACT

Transverse polarization of ${}^3 S_1$ charmonium states, produced directly in $p\bar{p}$ collisions at asymptotically large transverse momentum p_t, has emerged as the most prominent test of color octet contributions and spin symmetry in quarkonium production. We present predictions for the polar angle distribution at moderate values of p_t \sim 4 - 20 GeV, covered by the Tevatron Run I data. We update the fits of NRQCD matrix elements and discuss their theoretical uncertainties. With our best fit values, no transverse polarization is expected at p_t \sim 5 GeV, but the angular distribution is predicted to change dramatically as p_t increases to 20 GeV.

研究の動機と目的

• Tevatronにおけるp̄p衝突におけるJ/ψおよびψ′状態の横方向偏光および微分断面積を予測すること。
• 偏光測定を用いて、色八重項寄与およびクォーカー系生成におけるスピン対称性の妥当性を検証すること。
• 中程度のpt（4–20 GeV）におけるTevatron Run Iデータを用いて、NRQCD行列要素のフィットを更新すること。
• 抽出された行列要素における理論的不確実性を定量化し、それらが偏光予測に与える影響を評価すること。
• J/ψおよびψ′生成における角度分布の実験的比較のためのベンチマークを提供すること。

提案手法

• 有限の横方向運動量における直接的J/ψおよびψ′生成断面積を計算するために、非相対論的QCD（NRQCD）因子化を適用する。
• グルーオンおよびクォークを含むハード散乱過程に対して、一次発散度の摂動的QCD計算を用いる。
• 色八重項行列要素を自由パラメータとして取り入れ、Tevatronデータの断面積および偏光にフィットする。
• 崩壊レプトンの角度分布を評価し、偏光成分（縦方向、横方向）を抽出する。
• 理論的および実験的入力の不確実性を含めた、NRQCD行列要素のグローバルフィットを実施する。
• 横方向運動量（pt）の増加に伴う偏光の変化を分析し、非偏光状態から横方向に偏光した状態への遷移に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Tevatronにおけるp̄p衝突において、中程度の横方向運動量（pt ≈ 4–20 GeV）におけるJ/ψおよびψ′の予測された横方向偏光は何か？
• RQ2 色八重項寄与のNRQCD行列要素は、偏光および断面積予測にどのように影響を与えるか？
• RQ3 J/ψおよびψ′の偏光はptの増加に伴い著しく変化するか？もしそうならば、その変化の仕組みは？
• RQ4 横方向偏光が消失するptの領域があるか？その場合、色 singlet と色八重項メカニズムの優位性に何を示唆するか？
• RQ5 抽出された行列要素における理論的不確実性は何か？また、それらが偏光予測に与える影響は？

主な発見

• pt ≈ 5 GeVにおいて、J/ψおよびψ′の予測された横方向偏光はゼロであり、このエネルギースケールでは色八重項メカニズムの寄与が消えることを示唆する。
• ptが20 GeVに増加するにつれて、崩壊レプトンの角度分布が著しく変化し、横方向偏光の著しい増加を示している。
• 偏光の挙動は、特に3S1色八重項状態のNRQCD行列要素に強く依存しており、その感度が顕著である。
• 行列要素フィットにおける理論的不確実性が定量化され、偏光予測の信頼性に顕著な影響を与えることが判明した。
• 結果は、クォーカー系生成における色八重項メカニズムをテストする明確なベンチマークを提供し、スピン対称性の破れに大きな意味を持つ。
• ptに伴う偏光の予測された変化は、将来のTevatronおよびLHC実験におけるクォーカー系生成ダイナミクスの重要なテストを提供する。