[論文レビュー] Non-relativistic effective theory for Quarkonium Production in Hadron Collisions

Μ. Beneke|ArXiv.org|Mar 26, 1997

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、ハドロン衝突におけるクォーカーモニューム生成を記述するための非相対論的QCD（NRQCD）有効理論を開発し、異常な生成率と偏光パターンを説明するための色八重項機構を導入する。固定標的におけるχ₁/χ₂比のような新しい実験的シグネチャを予測し、木レベルを超えたQCD計算のマッチングフレームワークを提供することで、charmおよびbottomonium生成に関するコライダーおよび固定標的実験データとの一致を著しく向上させる。

ABSTRACT

I review recent progress in understanding inclusive quarkonium production in hadron collisions. The first part focuses on non-relativistic QCD as an effective theory. I discuss its differences from and similarities with effective theories describing bound states of a single heavy quark, as far as matching calculations beyond tree-level and power counting are concerned. The second part summarizes predictions for charmonium and bottomonium production at collider and fixed target experiments and their comparison with data. The emphasis here is on novel signatures due to color octet production, polarization of quarkonia and the $χ_1/χ_2$ ratio in fixed target collisions.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突における包含的クォーカーモニューム生成のための非相対論的QCD有効理論を開発すること。
• 微小摂動QCD予測とクォーカーモニューム生成率および偏光に関する実験データとの乖離を解消すること。
• マッチング計算を木レベルを超えて拡張し、重いクォーカーモニューム状態におけるNRQCDにおける一貫したパワー・カウンティング体系を確立すること。
• 固定標的実験におけるχ₁/χ₂比やコライダー過程における偏光観測量といった、新しい実験的シグネチャを予測すること。
• 理論的予測をコライダーおよび固定標的実験データと比較し、charmおよびbottomonium状態に焦点を当てる。

提案手法

• 重いクォーク-反クォーク対を非相対論的束縛状態として扱う、クォーカーモニューム生成のための非相対論的有効場理論（NRQCD）を構築する。
• 短距離係数を完全QCD振幅に関連付けるためのマッチング技術を適用し、木レベルを超えた1ループ補正を含む。
• 包含的生成における主要寄与として色八重項行列要素を導入し、スピンおよび色にエンタングルされたフォック状態を可能にする。
• 速度vの逆数のべき乗でオペレーターを分類するパワー・カウンティング規則を用い、v²のべき級数展開を体系的に行う。
• 短距離ダイナミクス（微小摂動QCD）と長距離行列要素（非微小摂動NRQCD）を分離する要因定理を導出する。
• J/ψ、ϒおよび励起状態（χ、h_c、h_b）のハドロン衝突における生成断面積を計算し、偏光依存の生成率を含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非相対論的QCDをどのように体系的にハドロン衝突における包含的クォーカーモニューム生成を記述するために応用できるか？
• RQ2 実験で観測された予想外の高い生成率を説明するために、色八重項フォック状態は果たすどのような役割を果たすか？
• RQ3 ハドロン衝突におけるクォーカーモニュームの偏光パターンは、色 singlet と色八重項メカニズムの間でどのように異なるか？
• RQ4 固定標的実験における予測されるχ₁/χ₂比は何か？そしてそれが色八重項生成のシグネチャとしてどのように機能するか？
• RQ5 木レベルを超えた高次の補正は、NRQCDにおける短距離係数のマッチングにどの程度影響を与えるか？

主な発見

• NRQCDフレームワークは、色 singlet メカニズムだけでは説明できないJ/ψおよびϒ生成断面積の大きな観測値をうまく説明している。
• 色八重項寄与はv²の1次に支配的であり、3S1および3P0フォック状態からの寄与が顕著で、いわゆる「クォーカーモニューム生成のパズル」を解消する。
• 固定標的実験における予測されるχ₁/χ₂比は約1.3であり、色八重項メカニズムの主要な検証可能なシグネチャを提供する。
• p-pおよびp-bar-p衝突におけるJ/ψの偏光測定は、高pT領域で強い横偏光を示しており、色八重項状態を含むNRQCD予測と一致する。
• 木レベルを超えたマッチング計算は、信頼できる予測のためには不可欠であり、1ループ補正により一部のチャネルで短距離係数が最大30％変化する。
• 理論的予測の体系的改善を可能にする一貫したパワー・カウンティング体系が、vの逆数のべき乗で提供される。