[論文レビュー] $J/ψ$ Photoproduction and the Gluon Structure of the Nucleon

Dmitri E. Kharzeev, Helmut Satz+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、演算子積展開に基づく短距離QCD手法を用いて、$J/\psi$の光生成断面積を計算し、それがヌクレオンのグルーオン分布関数と直接的に関連していることを示している。著者らは、理論的予測と実験データの間に良好な一致を確認し、深く不弾性散乱から抽出されたグルーオン分布の$x$-依存性が$J/\psi$光生成の力学を正確に記述していることを確認した。

ABSTRACT

Using short distance QCD methods based on the operator product expansion, we calculate the $J/ψ$ photoproduction cross section in terms of the gluon distribution function of the nucleon. Comparing the result with data, we show that experimental behaviour of the cross section correctly reflects the $x$-dependence of the gluon distribution obtained from deep inelastic scattering.

研究の動機と目的

• $J/\psi$光生成とヌクレオンのグルーオン分布関数との関係を調査すること。
• 深く不弾 性散乱から導かれたグルーオン分布の$x$-依存性が、$J/\psi$光生成断面積を正確に記述できるかを検証すること。
• 短距離QCD技術、特に演算子積展開を用いて断面積を計算すること。
• 理論的予測と実験データを比較し、グルーオン構造モデルの妥当性を検証すること。
• 排他的光生成過程をパートン分布関数と結びつける現象論的枠組みを提供すること。

提案手法

• 計算は、演算子積展開（OPE）に基づく短距離QCD手法を用いて、$J/\psi$光生成振幅を計算する。
• 断面積は、特定の因子化スケール$\mu^2$におけるヌクレオンのグルーオン分布関数$G(x,\mu^2)$で表される。
• OPEにより、短距離ダイナミクス（ハード散乱）と長距離行列要素（グルーオン分布）を分離できる。
• 理論的予測は、$\alpha_s$の摂動的1次に於いて導出される。
• モデルは、$J/\psi$がハード散乱過程においてグルーオン-グルーオン融合によって生成されるものと仮定している。
• 結果は、ep衝突型実験からの実験データと比較され、グルーオン分布との整合性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 深く不弾 性散乱から抽出されたグルーオン分布関数の$x$-依存性が、$J/\psi$光生成断面積を正しく記述できるか？
• RQ2 QCDにおける演算子積展開が、ハード散乱領域における$J/\psi$光生成断面積を正確に予測できるか？
• RQ3 高エネルギー領域における$J/\psi$光生成の実験的挙動は、ヌクレオンの内部グルーオン構造をどの程度反映しているか？
• RQ4 グルーオン分布関数は、高エネルギーにおける排他的光生成過程の信頼できる入力となるか？
• RQ5 短距離QCD手法に基づく理論的予測は、測定された$J/\psi$光生成断面積とどの程度一致するか？

主な発見

• OPEとグルーオン分布関数に基づく$J/\psi$光生成断面積の理論的予測は、実験データと良好な一致を示した。
• 深く不弾 性散乱から得られたグルーオン分布関数の$x$-依存性は、$J/\psi$光生成における観測された$x$-依存性を正確に再現した。
• この一致は、排他的光生成過程における演算子積展開アプローチの妥当性を支持する。
• 結果は、グルーオン分布関数がヌクレオン内での$J/\psi$光生成率の主要因であることを確認した。
• 本研究は、ヌクレオンのグルーオン構造が$J/\psi$生成の力学を支配しているという現象論的証拠を提供した。
• $\alpha_s$の1次で計算された断面積は、データの主要な特徴をうまく捉えており、QCDフレームワークの頑健さを示している。