[論文レビュー] $ρ$-meson leptoproduction as testfield for the unintegrated gluon distribution in the proton

Andrèe Dafne Bolognino, Francesco Giovanni Celiberto+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 8, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、HERAにおける$\rho$-メソンのレプトプロダクションが、陽子内の非統合グルーオン分布（UGD）の競合するモデルを区別する感度の高いテストフィールドであると提唱している。$\kappa$-因子化を用いて、6つのUGDモデルにおけるスピン幅比$T_{11}/T_{00}$を計算し、モデル依存性が顕著であることが判明した。これは、HERAデータと比較することでUGDの$\kappa$-依存性を強く制約できる可能性を示している。

ABSTRACT

The gluon content of the proton is embodied by the unintegrated gluon distribution (UGD), which has universal validity. In literature many models of UGD have been proposed so far. The polarized $ρ$-meson leptoproduction at HERA offers a nowadays unexplored testfield to discriminate among existing models of UGD, via the comparison with theoretical predictions formulated in the $κ$-factorization approach.

研究の動機と目的

• 陽子内の非統合グルーオン分布（UGD）の$\kappa$-依存性に対する、HERAにおける$\rho$-メソンのレプトプロダクションの感度を評価すること。
• ベクトルメソンの電磁プロダクションにおける偏光観測量が、既存のUGDモデルを区別できるかどうかを評価すること。
• $\gamma^*p \to \rho p$過程における大スピン横運動量（$\kappa$）グルーオンの支配的寄与を、スピン幅比によってテストすること。
• メソンの分布振幅および$\kappa$-統合カットオフの変化に対する理論予測の頑健性を調査すること。
• 6つのUGDモデルからの理論的予測とHERAの$T_{11}/T_{00}$データとの定量的比較を提供すること。

提案手法

• スピン幅$T_{\lambda_\rho\lambda_\gamma}$を、$x = Q^2 / W^2$におけるUGD $\mathcal{F}(x, \kappa^2)$と、インパクト因子$\Phi^{\gamma^*\to\rho}(\kappa^2, Q^2)$との畳み込みとして$\kappa$-因子化で表現する。
• 6つの異なるUGDモデル（$x$-不変（ABIPSW）、グルーオン運動量微分、Ivanov–Nikolaev（IN）、CCFM、GBW、Watt–Martin–Ryskin（WMR））を実装し、それぞれ異なる関数形と物理的仮定を持つ。
• 漸近的トレース2次分布振幅を用い、$T_{11}$幅のインパクト因子にWandzura-Wilczek（WW）および真正のトレース3次寄与を含める。
• 固定された$W = 100$ GeVにおける$T_{11}/T_{00}$比の$Q^2$-依存性を計算し、H1/ZEUSデータと比較する。
• 分布振幅の$a_2$パラメータの変化と$\kappa$-統合の下限カットを適用することで、小$\kappa$寄与への感度を評価するための体系的チェックを実施する。
• 両方の幅$T_{11}$および$T_{00}$が大$\kappa$グルーオンに支配されているという仮定を検証するため、比の$\kappa_{\text{min}}$依存性をテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HERAにおける$\rho$-メソンのレプトプロダクションの$T_{11}/T_{00}$比は、非統合グルーオン分布の異なるモデルを区別できるか？
• RQ2 $T_{11}/T_{00}$比は、特に$a_2$パラメータおよびトレース3次寄与の有無に依存する程度はどの程度か？
• RQ3 $\kappa$-統合の下限カットの変化に対して、$T_{11}/T_{00}$の理論的予測は頑健か？ これは大$\kappa$グルーオンの支配的寄与という仮定を支持するか？
• RQ4 どのUGDモデルが$Q^2$範囲全体でHERAデータの$T_{11}/T_{00}$を最もよく再現するか？ これはプロトンのグルーオン内容の$\kappa$-依存性について何を示唆するか？
• RQ5 GBWモデルとABIPSWモデルの予測は、中間$Q^2$領域でデータとどのように比較されるか？ これはそれらの物理的妥当性について何を示唆するか？

主な発見

• 6つのUGDモデルにおける理論的予測の$T_{11}/T_{00}$比は広範囲にわたり、UGDの$\kappa$-依存性に強く依存していることが示され、モデル識別に高い可能性を示している。
• $x$-不変のABIPSWモデルとGBWモデルは、中間$Q^2$領域でHERAデータと最もよく一致しており、これらモデルの$\kappa$-依存性が実験的観測とより整合的である可能性を示唆している。
• $T_{11}/T_{00}$比は、分布振幅の$a_2$パラメータの変化や真正のトレース3次寄与の有無にほとんど感度を示さないことが判明し、これらの近似のもとでも頑健であることが示された。
• $\kappa$-統合の下限カットを0から1 GeVまで変化させても比は安定しており、$T_{11}$および$T_{00}$が両方とも大$\kappa$グルーオンに支配されていることが確認され、$\kappa$-因子化アプローチの核心的仮定が妥当であることが裏付けられた。
• GBWモデルは$\kappa_{\text{min}}$カットに対して明確に感度が低く、$\kappa_{\text{min}}$を増加させても$T_{11}/T_{00}$比にほとんど変化がないことが示され、大$\kappa$寄与の支配的寄与が支持された。
• どの1つのUGDモデルとも、$Q^2$範囲全体でHERAデータの$Q^2$-依存性を完全に再現できていないため、偏光観測量に基づいたUGDモデルのさらなる精錬の必要性が浮き彫りになった。