[論文レビュー] Hadronic production of baryons, containing two heavy quarks

A. V. Berezhnoy, V. V. Kiselev+1 more|ArXiv.org|Jul 6, 1995

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 15

ひとこと要約

本稿では、全36個の4次発散図を用いて、二重の重いクォークを含む二重重いバリオン（bcqおよびccq）のハドロプロダクション断面積について、QCD摂動論的計算を正確に行う。広く用いられている重クォークフラグメンテーション近似は、特に高横運動量領域で断面積を3–9倍も小さく見積もっており、フラグメンテーションに基づく推定とは、異なるバリオン状態の相対的生成率に顕著な差異を示していることが明らかになった。

ABSTRACT

In the framework of QCD perturbation theory, total and differential cross sections of the $Ξ_{bc}'$, $Ξ_{bc}^{(*)}$ and $Ξ_{cc}^{(*)}$ baryons production in gluon collisions are calculated in the leading order over $α_s$ for the doubly heavy ($b c$) and ($ c c$) diquarks. At both small and large transverse momenta of the baryons, a use of the mechanism of the heavy quark fragmentation into the heavy diquark is shown to underestimate the cross section values in comparison with the exact numerical calculations of complete set of diagrams. The expected in Tevatron experiments yield of baryons with two heavy quarks is evaluated as $(1.3\pm 0.3) \cdot 10^5 \,\, bcq$-baryons and $(1.6\pm 0.3) \cdot 10^4 \,\, ccq$-baryons at $p_T>5$ GeV and $|y|<1$ of the baryon momentum and rapidity cuts, with account for the antiparticle yields.

研究の動機と目的

• グルーオン融合を介した二重重いバリオン（bcqおよびccq）のハドロプロダクションに関する正確な一次近似QCD計算を提供すること。
• 二重の重いクォークを有するバリオンの断面積を予測する際に、重クォークフラグメンテーション機構の妥当性を評価すること。
• フラグメンテーションに基づく推定と完全な摂動的QCD計算との間の、全断面積および微分断面積における差異を定量化すること。
• Tevatronにおける現実的な運動量カット（pT > 5 GeV, |y| < 1）の下でのbcqおよびccqバリオンの期待生成量を評価すること。

提案手法

• グルーオン誘発による4クォーク状態生成に続く二クォーク結合状態形成を考慮した、全36個の一次発散図の正確な計算。
• 二クォーク結合状態内のオンシェル重クォークをモデル化するため、クォーク運動量分率p1 = (m1/M)Pおよびp2 = (m2/M)Pの使用。
• 二クォーク頂点を記述するため、原点における二クォーク波動関数R(0)および色構造εijk/√2の組み込み。
• スカラー（J=1/2）およびベクトル（J=1/2, 3/2）二クォーク状態を定義するための投影演算子の適用。
• 自由クォーク振幅A′と二クォーク投影および波動関数の畳み込みにより、振幅Aの導出。
• フラグメンテーションに基づく予測と比較するため、dσ/dz = σ(gg→b̄b) × D(b→bcq)(z)の式を用いた手法。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 グルーオン衝突におけるバリオン生成の正確なQCD摂動論的計算は、フラグメンテーション近似と比べてどのように異なるか？
• RQ2 フラグメンテーション機構は、bcqおよびccqバリオンの全断面積および微分断面積をどの程度小さく見積もっているか？
• RQ3 Tevatronにおける現実的な運動量カット（pT > 5 GeV, |y| < 1）の下で、bcqおよびccqバリオンの予想生成量は何か？
• RQ4 exact計算とフラグメンテーションベースの計算との間で、Ξbc′、Ξbc、およびΞbc*バリオンの相対的生成率にはどのような差が生じるか？
• RQ5 e+e−結合反応では成功したにもかかわらず、なぜフラグメンテーション機構はハドロプロダクションには不適切なのか？

主な発見

• √ŝ = 100 GeVで、フラグメンテーションに基づくアプローチは、Ξbc*バリオンの全断面積を9倍、Ξbc′バリオンでは4倍小さく見積もっている。
• √ŝ = 100 GeVで、正確な計算ではσ(Ξbc* 複雑状態) / σ(Ξbc′) ≈ 3.2であるのに対し、フラグメンテーションモデルではわずか ≈1.4にとどまる。
• 高横運動量領域（pT > 40 GeV）でさえも、Ξcc*生成の正確な断面積はフラグメンテーション予測を約30%上回っており、pT > 5 GeVでは3倍の差が生じている。
• Tevatronにおけるbcqバリオンの期待生成量は（100–150 pb⁻¹の統計的積分断面積を想定）(1.3 ± 0.3) × 10⁵であり、ccqバリオンでは(1.6 ± 0.3) × 10⁴である（反粒子寄与を含む）。
• bcqおよびccqバリオンのdσ/dpTの微分断面積は、大規模なpT領域でもフラグメンテーション予測とは顕著に乖離しており、このメカニズムがハドロプロダクションにおいて根本的に不適切であることを示している。
• 1S波状態のbcqバリオンの全断面積はσ ≈ 1 nb、ccqバリオンではσ ≈ 0.13 nbであり、正確な結果はフラグメンテーションモデルが捉えられない強いエネルギー依存性および運動量依存性を示している。