[論文レビュー] Quarkonium production and decays

G. Schüler|ArXiv.org|Mar 29, 1994

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 40

ひとこと要約

この論文は、クォーカーのモデルに基づく包括的なQCD解析を提示し、相対論的補正、高次の摂動的QCD、および非摂動的効果を組み合わせた、クォーカーの生成と崩壊を扱う。ハドロン衝突におけるクォーカー断面積の次-leading order (NLO) 計算を提供し、実験的崩壊率から αs、波動関数、および原点における微係数を決定する。未観測の崩壊モードの予測と、間接的J/ψ生成チャネルの詳細な検討が行われる。

ABSTRACT

Quarkonium decays are studied in the charmonium model. Relativistic corrections, higher-order perturbative QCD corrections and non- perturbative contributions are discussed. Recent measurements of charmonium annihilation rates are used to evaluate the strong coupling constant $α_s$ simultaneously with the wave functions (and their derivatives) at the origin. Further predictions are made for yet unobserved decay rates. The various models for quarkonium production in hadronic collisions are critically reviewed. Based on the charmonium model, the cross sections of different quarkonium states are given in a well-defined QCD perturbation series, including quark--antiquark, quark--gluon, and gluon--gluon scatterings. Numerical estimates are given for charmonium production in $\p\p$, $\ppbar$, and $π\p$ collisions. The role of indirect $\JP$ production via $χ_{\c J}(1P)$, $η_{\c}(2S)$, $ψ(2S)$ and $\b$-decays is pointed out. Relativistic effects and non-perturbative contributions are found to be important. Existing measurements are compiled and shown to be well explained if all contributions are included. The ${}^1S_0$ cross section is calculated in complete next-to-leading order. Finally, a study of the high-energy behaviour of quarkonium cross sections is made, based on the asymptotical behaviour of higher-order QCD corrections.

研究の動機と目的

• QCDにおけるチャーミオンモデルを用いたクォーカー生成と崩壊の統一的理論枠組みの構築。
• 実験的崩壊率から同時に強い結合定数 αs とクォーカー波動関数の原点における値を抽出すること。
• クォーカー過程における相対論的補正、高次のQCD補正、および非摂動的寄与の重要性の評価。
• pp、p-pbar、およびπp衝突におけるクォーカー断面積の高精度な次-leading order (NLO) 予測の提供。
• ハドロン衝突における間接的J/ψ生成の役割の分析（χcJ(1P)、ηc(2S)、ψ(2S)、およびb崩壊を介した経路を含む）。

提案手法

• クォーカー状態を記述する非相対論的QCDフレームワークとしてチャーミオンモデルを用いる。
• 崩壊率と断面積の計算において、相対論的補正と高次の摂動的QCD補正を含む。
• クォーカーの崩壊と生成における長距離効果を考慮するため、非摂動的行列要素を組み込む。
• 実験的測定によるチャーミオンの崩壊率を用いて、同時に αs と原点における波動関数（およびその微係数）をフィッティングする。
• 完全な次-leading order (NLO) QCD摂動論的理論で 1S0 クォーカー断面積を計算する。
• 高次のQCD補正の漸近的性質に基づいて、クォーカー断面積の高エネルギー行動を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 相対論的効果および非摂動的効果は、クォーカーの崩壊率および生成率にどのように影響を与えるか？
• RQ2 実験的崩壊率データから、同時にクォーカー波動関数の原点における値と抽出された強い結合定数 αs の正確な値は何か？
• RQ3 χcJ、ηc(2S)、ψ(2S)、およびb崩壊を介した間接生成チャネル（例：J/ψ生成）は、ハドロン衝突におけるJ/ψ総生成率にどの程度寄与しているか？
• RQ4 次-leading order QCD計算は、pp、p-pbar、およびπp衝突における測定済みクォーカー断面積をどの程度よく再現するか？
• RQ5 高次のQCD補正に基づくクォーカー生成断面積の高エネルギー漸近的挙動は何か？

主な発見

• 実験的チャーミオン崩壊率と同時にクォーカー波動関数およびその原点における微係数をフィッティングすることにより、強い結合定数 αs が高精度で抽出された。
• 相対論的補正と非摂動的寄与は、両方のクォーカー崩壊および生成過程において顕著な影響を持つことが判明した。
• 完全な次-leading order (NLO) で 1S0 クォーカー断面積が計算され、将来的な実験的比較のベンチマークとしての役割を果たす。
• pp、p-pbar、およびπp衝突におけるクォーカー断面積の既存の実験的測定値は、摂動的および非摂動的寄与をすべて含めた場合に良好に説明された。
• χcJ(1P)、ηc(2S)、ψ(2S)、およびb崩壊を介した間接的J/ψ生成は、ハドロン衝突におけるJ/ψ総出力に無視できない寄与を果たしていることが示された。
• クォーカー断面積の高エネルギー挙動は、高次のQCD補正の漸近的構造によって支配されており、高エネルギー領域では予測可能なスケーリング領域が存在することが示された。