[論文レビュー] On relevance of triple gluon fusion in $J/ψ$ hadroproduction

Leszek Motyka, Mariusz Sadzikowski|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、$k_T$-因子化フレームワーク内での$J/\psi$ハドロプロダクションにおける三重グルーオン融合を、非先行位階のメカニズムとして調査し、小$ x $における二重グルーオン密度の増大が断面積を顕著に増幅することを示している。このメカニズムは、テバトロンおよびLHCエネルギーにおいて、先行位階予測に対して顕著な補正をもたらし、特に中程度の$p_T$領域で顕著である。また、この効果のプローブとして$pA$衝突を提案している。

ABSTRACT

A contribution to $J/ψ$ hadroproduction is analyzed in which the meson production is mediated by three-gluon partonic state, with two gluons coming from the target and one gluon from the projectile. This mechanism involves double gluon density in one of the protons, hence this contribution enters at a non-leading twist. It is, however, relevant due to an enhancement factor coming from large double gluon density at small~$x$. We calculate the three-gluon contribution to $J/ψ$ hadroproduction within perturbative QCD in the $k_T$-factorization framework. Results are obtained for differential $p_T$-dependent cross-sections for all $J/ψ$ polarizations and for the sum over the polarization components. The rescattering contribution is found to provide a significant correction to the standard leading twist cross-section at the energies of the Tevatron or the LHC at moderate $p_T$. We suggest $J/ψ$ production in proton-nucleus collision as a possible probe of the triple gluon mechanism.

研究の動機と目的

• 高エネルギーにおける$J/\psi$ハドロプロダクションにおいて、一方のプロトンから2つのグルーオン、もう一方から1つのグルーオンが寄与する三重グルーオン融合の重要性を評価すること。
• 小$ x $における大きな二重グルーオン密度によって強化される非先行位階メカニズムが、$J/\psi$断面積に顕著な寄与をもたらすかどうかを調査すること。
• このメカニズムが$J/\psi$の微分断面積および偏光状態に与える影響を評価すること。
• 三重グルーオン融合効果を観測するための実験的プローブとして陽子-核衝突を提案すること。
• $k_T$-因子化の文脈において、三重グルーオン寄与が標準的先行位階および色八重項モデルの予測とどのように比較されるかを評価すること。

提案手法

• 摂動的QCDを用い、非統合部分子密度を組み込んだ$k_T$-因子化フレームワーク内で三重グルーオン融合寄与を計算する。
• 四部分子インパクト因子と横運動量依存性グルーオン分布を含む因子化形式を用いて、$pp \to J/\psi + X$の微分断面積を導出する。
• 小$ x $における二重グルーオン密度の増大をモデル化するためにCCFMA0非統合グルーオン密度を用いる。
• 全$J/\psi$偏光状態（横および縦成分を含む）の断面積とその合計を評価する。
• 4部分子振幅の色順序付き分解を3つの色構造に分け、計算を簡略化するために主要な1つだけを保持する。
• 導出された断面積の共線極限を標準的先行位階結果に一致させることで、正規化定数を固定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 三重グルーオン融合は、テバトロンおよびLHCエネルギーにおける$J/\psi$ハドロプロダクションにどの程度寄与するか。
• RQ2 非先行位階であるにもかかわらず、小$ x $における二重グルーオン密度の増大が、なぜ三重グルーオン融合振幅を強化するのか。
• RQ3 三重グルーオン寄与の$p_T$依存性は、先行位階および色八重項モデルの予測と比べてどうなるか。
• RQ4 $pA$衝突における$J/\psi$生成は、三重グルーオン融合メカニズムをきれいにプローブできるか。
• RQ5 三重グルーオン融合から得られる$J/\psi$の偏光特性は、実験データおよび他の理論モデルと比べてどうなるか。

主な発見

• 三重グルーオン融合メカニズムは、中程度の$p_T$領域における$J/\psi$ハドロプロダクションにおいて、標準的先行位階断面積に対して顕著な補正をもたらす。
• この寄与は、小$ x $における二重グルーオン密度に関連する因子によって強化され、非先行位階の性質を相殺する。
• $k_T$-因子化フレームワーク内で$pp \to J/\psi + X$の微分断面積が計算され、実験的傾向と整合的な非自明な$p_T$依存性を示している。
• 振幅における主要な色構造は、$t$-チャンネル交換の$\delta^{a_1a_2}\delta^{a_3a_4}$配置であり、他の項は$1/N_c^2$または位相空間によって抑制されている。
• 正規化定数$\mathcal{N}$は、共線極限を標準的部分子断面積に一致させることで固定され、既知のQCD結果と整合性を保っている。
• 本研究は、核内のグルーオン密度が高いため、$pA$衝突が三重グルーオン融合メカニズムを分離してテストするのに有望な環境を提供すると示唆している。