[論文レビュー] QCD corrections to J/psi polarization of hadronproduction at Tevatron and LHC

Bin Gong, Jian-Xiong Wang|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 63

ひとこと要約

この論文は、非相対論的量子色力学（NRQCD）因子化形式を用いて、テバトロンおよびLHCにおけるハドロプロダクションにおけるJ/ψの偏光に対する次-leading order（NLO）QCD補正を計算している。NLO補正により、LOにおける横偏光優位性が著しく変化し、強い縦偏光にシフトすることが判明した。これは理論的・実験的差異の一部を解消するものであり、色八重項チャネルに対するNLO補正の必要性を浮き彫りにしている。

ABSTRACT

The next to leading order (NLO) QCD corrections to J/psi polarization of hadronproduction at Tevatron and LHC are calculated. The results show that the J/psi polarization is extremely changed from more transversal polarization at leading order (LO) into more longitudinal polarization at NLO. Although it gives more longitudinal polarization than the recent experimental result on the J/psi polarization at Tevatron. It sheds light on the solution to the large discrepancy of J/psi polarization between theoretical predication and experimental measurement, and suggests that the next important step is to calculate the NLO correction for color octet state J/psi^{(8)} hadronproduction. Our calculations are performed in two ways where the polarizations are summed analytically or not, and they are checked with each other. It also gives a K factor for total cross section (ratio of NLO to LO) of about 2 and shows that the NLO corrections boost the J/psi production for about 2 order of magnitude in high transverse momentum p_t region of J/psi, which confirms the calculation by Campbell, Maltoni and Tramontano.

研究の動機と目的

• 高横運動量領域におけるJ/ψ偏光に関する、LO理論的予測と実験的測定値の長年の不一致を解消すること。
• NRQCD因子化フレームワークを用いて、テバトロンおよびLHCにおけるハドロン衝突におけるJ/ψ生成に対するNLO QCD補正を計算すること。
• NLO補正がJ/ψの偏光状態に与える影響、特に横偏光から縦偏光への遷移を調査すること。
• 実補正過程gg → J/ψc̄cが偏光および全断面積に与える定量的影響を評価し、既存の結果と比較すること。
• 次の重要なステップを特定すること：色八重項J/ψ(8)生成チャネルに対するNLO補正を計算すること。

提案手法

• UV、IR、クーロン特異性を含む仮想補正および実補正における特異性を処理するために次元正則化を用いる。
• 実放射過程におけるソフトおよび衝突特異性を分離・キャンセルするために、二つのカットオフを用いた相空間スライシング法を用いる。
• 次元正則化におけるテンソルおよびスカラー積分技術を新たに実装したFeynman Diagram Calculator（FDC）パッケージを用いる。
• 偏光は密度行列形式を用いて計算され、偏光パラメータαはJ/ψの崩壊生成物の角度分布から導出される。
• NLO断面積は、仮想補正、実補正（gg → J/ψc̄cを含む）、および有限補正項を組み合わせることで得られる。
• 結果の整合性を確認するため、偏光の解析的合計と数値的合計を照合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NLO QCD補正は、テバトロンおよびLHCにおける高エネルギーハドロプロダクションにおけるJ/ψの偏光にどのように影響を与えるか？
• RQ2 実過程gg → J/ψc̄cが、NLOにおけるJ/ψ偏光および全断面積に与える定量的影響は何か？
• RQ3 NLO補正を組み込むことで、LO理論的予測と実験データの間のJ/ψ偏光に関する不一致は解消されるか？
• RQ4 全断面積のK要因（NLO/LO）は、異なる横運動量領域でどのように振る舞うか？
• RQ5 色八重項機構はJ/ψ生成において果たす役割は何か？また、なぜそのNLO補正が偏光パズルを解消するために不可欠なのか？

主な発見

• NLO QCD補正により、J/ψの偏光は著しく変化し、LOにおける横偏光優位性（α > 0）がNLOにおける強い縦偏光（α ≈ -0.9）にシフトする。
• 全断面積のK要因は、μr = μf = √((2mc)² + pt²)で約2である。これはNLOにおける顕著な増幅を示している。
• pt = 50 GeVにおけるJ/ψの微分断面積は、NLO補正により約2〜3桁の増幅を示す。
• 部分反応gg → J/ψc̄cは、ほぼ偏光なしのJ/ψ（α ≈ 0）を生成するが、NLO+計算に組み込むことで理論的予測が実験結果に近づく。
• 本研究は、Campbellら（2007）の結果である高pt領域におけるpt分布および断面積の増幅に関する報告を確認している。
• 本研究は、色八重項J/ψ(8)生成チャネルに対するNLO補正が、偏光不一致を完全に解消するための次の必須ステップであると特定している。