[論文レビュー] Quarkonium Decays and Production in NRQCD

Fabio Maltoni|ArXiv.org|Jul 2, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、クォーカーラムの崩壊および生成を研究するために非相対論的QCD（NRQCD）因子化アプローチを適用し、グルーオン状態の崩壊を記述するにあたり、色八重項の寄与が不可欠であることを示した。$χ_{cJ}$ および $Υ$ の次-leading order（NLO）計算を実施し、固定標的に基づく実験データから非摂動的行列要素を抽出した。理論的不確実性の範囲内で、これらの行列要素の普遍性が確認され、NRQCDのクォーカーラムにおける予測能力が裏付けられた。

ABSTRACT

Some examples of the most recent applications of the NRQCD factorization approach to quarkonium phenomenology are presented. In the first part of the talk the NLO calculations for $\chicj$ and $Υ$ decays rates are compared to the data and the results critically analyzed. In the second part, I show how information on the non-perturbative matrix elements can be extracted from the hadronic fixed-target experiments and eventually used to test their universality.

研究の動機と目的

• 包含的および半包含的クォーカーラム崩壊および生成過程を記述するにあたり、NRQCD因子化アプローチの妥当性を評価すること。
• ハドロン固定標的実験のデータから、$^3S_1^{[8]}$ および $^1S_0^{[8]}$ フォック成分の非摂動的行列要素（MEs）を抽出すること。
• 異なる過程間での色八重項行列要素の普遍性を検証し、理論的予測と測定値を比較すること。
• 色八重項寄与が $Υ$ のハドロン的崩壊においてどの程度重要であるかを評価し、このような崩壊からの $α_s$ の抽出の信頼性を検討すること。
• $\chi_{cJ}$ 崩壊からの制約およびNRQCDスケーリング則を用いて、$h_c$ クォーカーラム状態のハドロン幅を予測すること。

提案手法

• 包含的崩壊幅を短距離係数と非摂動的行列要素の和として表すNRQCD因子化形式を用い、$\Gamma(H\to X) = \sum_{\cal Q} \hat{\Gamma}({\cal Q}\to x) \langle H|\bar{\cal O}({\cal Q})|H\rangle$ とする。
• $\chi_{cJ}$ および $\u03a5$ 崩壊率の次-leading order（NLO）計算を実施し、色 singlet および色八重項寄与を含めた。
• 重クォークスピン対称性を適用して、異なるフォック成分の行列要素を関連づけ、独立パラメータの数を削減する。
• 固定標的およびハドロン衝突実験における $J/\psi$ および $\psi'$ 生成の実験データから非摂動的行列要素を抽出する。
• 理論的予測と $R_\psi = \sigma_{\rm hadroprod}(J/\psi)/\sigma_{\rm hadroprod}(\psi')$ のデータを比較し、$\langle \cal O_8^{\psi}(^3S_1) \rangle$ の普遍性を検証する。
• NLO結果のスケール依存性を分析し、理論的安定性を評価し、準拠スケールの不確実性を低減する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 色八重項寄与は $\Upsilon$ 状態のハドロン的崩壊において顕著であり、色 singlet モデルの使用を無効にするのか？
• RQ2 半包含的崩壊および生成データから、$^3S_1^{[8]}$ および $^1S_0^{[8]}$ フォック成分の非摂動的行列要素を信頼性を持って抽出できるか？
• RQ3 異なる過程（例：$J/\psi$ および $\psi'$ 生成）間で非摂動的行列要素の普遍性はNRQCD予測と整合しているか？
• RQ4 NRQCDにおけるNLO計算は、理論的不確実性をどの程度低減し、実験データとの一致をどの程度改善するか？
• RQ5 NRQCDスケーリング則および対称性関係を用いて、$\chi_{cJ}$ 崩壊データから $h_c$ 状態のハドロン幅を予測できるか？

主な発見

• 色八重項寄与は $\Upsilon$ のハドロン的崩壊において、色 singlet 寄与と同程度の大きさであり、正確な記述に不可欠であることが判明した。
• NRQCDのNLO予測による $R_\psi$ は、実験データと非常に良好に一致しており、準拠スケールの変動に対しても安定であった。これは、NRQCDフレームワークの顕著な成功を示している。
• 固定標的実験からの $\langle \cal O_8^{\psi}(^3S_1) \rangle$ の抽出値は $0.66 \times 10^{-2}\,\text{GeV}^3$ であり、理論的期待値および他の抽出結果と整合的であった。
• NRQCDスケーリング則および $\chi_{cJ}$ 崩壊データに基づき、$h_c$ のハドロン幅は約 $1.4\,\text{MeV}$ と予測された。
• Tevatron、固定標的、B崩壊からの非摂動的行列要素の抽出は、理論的不確実性の範囲内で一貫しており、行列要素の普遍性を支持する。
• 理論的および実験的不確実性が存在するにもかかわらず、NRQCDアプローチは、特に軽い charm クォーク質量を考慮すると、驚くほど一貫したクォーカーラムの崩壊および生成の記述を提供している。