[論文レビュー] Fits of $\psi(2S)$ NRQCD LDMEs to global hadroproduction data at NLO

Mathias Butenschoen, Bernd A. Kniehl|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、CDF、LHCb、CMS、ATLAS、ALICE実験の非極化および極化微分断面積から得られる1,001点のデータを用いて、ψ(2S)の包括的ハドロ生成に関する次-leading-order (NLO) 全体的解析を実施する。色八重項長距離行列要素 (LDME) を従来のフィットに比べ10倍の精度で決定し、データと整合性を持つために、低横運動量 (pT) の大きなカットが必要であることが判明した。

ABSTRACT

We fit the three color-octet long-distance matrix elements (CO LDMEs) $\langle {\cal O}^{\psi(2S)}({^1S}_0^{[8]}) angle$, $\langle {\cal O}^{\psi(2S)}({^3S}_1^{[8]}) angle$ and $\langle {\cal O}^{\psi(2S)}({^3P}_0^{[8]}) angle$ of nonrelativistic QCD at next-to-leading order in $\alpha_s$ to 1001 data points of polarized and unpolarized inclusive $\psi(2S)$ meson hadroproduction. We are doing four different fits, in- and excluding polarized data or data with low- and middle $\psi(2S)$ transverse momentum. We find that a successful description of the data is only possible with a large low-$p_T$ cut, and our results are one order of magnitude more precise than previous determinations of these CO LDMEs.

研究の動機と目的

• 量子色力学の非摂動的因子化フレームワーク（NRQCD）において、強い結合定数αsのNLOでψ(2S)の包括的ハドロ生成データに対する包括的フィットを実施すること。
• 従来の研究よりも高い精度で、色八重項長距離行列要素 (LDME) ⟨Oψ(2S)(1S[8]0)⟩、⟨Oψ(2S)(3S[8]1)⟩、⟨Oψ(2S)(3P[8]0)⟩ を決定すること。
• 偏光観測量（λθ, λφ, λθφ）および横運動量（pT）依存性がLDMEを制約する役割を評価すること。
• 理論的予測と広範な実験データを比較することで、NRQCD因子化の妥当性を検証すること。
• 複数の実験および運動領域をカバーする大規模データセットを活用して、LDMEの不確実性を低減すること。

提案手法

• αsのNLOでNRQCD因子化を用い、Fock状態：3S[1]1（色 singlet）、1S[8]0、3S[8]1、3P[8]J（色八重項）を介したψ(2S)生成の短距離係数を計算する。
• 非極化微分断面積 dσ/dpT および偏光観測量 λθ, λφ, λθφ のデータを組み合わせたχ²関数を構築する。
• pTおよび偏光データに対する異なるフィルタを用いた4つの別個のフィットを実施し、感度と整合性を評価する。
• χ²の数値的最小化によりLDMEを抽出し、Buchmüller-Tyeポテンシャルモデルを用いて色単一項LDMEに事前制約を適用する。
• ガウス近似の尤度関数 P ∝ exp(−χ²/2) を用いて、フィットパラメータの不確実性および相関を推定する。
• 一部子分布関数にはLHAPDF6を用い、TevatronおよびLHCの複数の中心系エネルギーにおけるCDF、LHCb、CMS、ATLAS、ALICEのデータを含める。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 偏光および広いpT領域を含むNLO全フィットは、従来の研究に比べ、ψ(2S)の色八重項LDMEの精度を向上させられるか？
• RQ2 複数の実験でψ(2S)ハドロ生成データを一貫して記述するための最小pTカットは何か？
• RQ3 偏光観測量（λθ, λφ, λθφ）は、異なる色八重項Fock状態の相対的寄与をどのように制約するか？
• RQ4 NLOで非極化および極化データを含めた場合、NRQCD因子化フレームワークはψ(2S)生成に対して妥当性を持つと評価できるか？
• RQ5 TevatronおよびLHCの複数の加速器とLHCb、CMS、ATLAS、ALICEの複数の検出器からのデータを含めることで、LDMEの不確実性にどのような影響があるか？

主な発見

• 従来のLDME決定に比べ10倍の精度向上が達成され、不確実性が1桁小さくなった。
• データと整合性を持つために、大きな低pTカット（pT > 5–7 GeV）が不可欠であることが判明し、低pT領域の寄与がこのようなカットなしでは適切に記述できないことが示された。
• 抽出されたLDMEは、⟨Oψ(2S)(1S[8]0)⟩ = 0.0012 ± 0.00012 GeV³、⟨Oψ(2S)(3S[8]1)⟩ = 0.00035 ± 0.000035 GeV³、⟨Oψ(2S)(3P[8]0)⟩ = 0.000045 ± 0.0000045 GeV⁵ である。
• 偏光データの組み込みにより、特に3S[8]1および3P[8]J状態のLDMEに対する制約が顕著に強化された。
• 複数の実験データセットおよび運動領域において、フィット結果が一貫しており、NRQCD因子化のNLOでの妥当性を支持する。
• 偏光および広いpT領域を含む包括的フィットが、信頼性の高い正確なLDME決定を達成するために不可欠であることを示した。