[論文レビュー] Touching on the gluon polarization in the Durham Pomeron

S. P. Baranov|ArXiv.org|Jun 17, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、ダラム・ポメロン模型を用いて、排他的フォトン散乱過程におけるグルーオンスピンの偏極を調べる新しい実験的テストを提案する。包含的および排他的なチャンネルにおける準スカラー対スカラー meson の生成率比を比較することで、比が約5に近い場合、グルーオンの偏極が平行であることを示し、二グルーオン交換メカニズムおよびポメロンのスカラー性をモデルに依存しない方法で検証できる。

ABSTRACT

Inclusive and exclusive production of scalar and pseudoscalar mesons via gluon-gluon fusion is considered. A new experimental test is proposed, which can probe the polarization state of the gluons in exclusive production processes and check the compatibility of the two-gluon exchange mechanism with the properties of conventional Pomeron

研究の動機と目的

• ダラム・ポメロン模型における二グルーオン交換メカニズムが、従来のポメロンの $J^{PC} = 0^{++}$ の量子数と整合しているかどうかをテストすること。
• 排他的フォトン散乱過程における相互作用するグルーオンの相対的偏極を実験的に探査できる測定可能な観測量を特定すること。
• グルーオンが同じ平面に偏極している場合に、準スカラー meson 生成が抑制されるという、量子数選択則の見過ごされた役割を強調すること。
• 理論的不確実性を最小限に抑える、因子化に敏感でない堅牢な比を提供すること。

提案手法

• 横運動量に依存するグルーオン偏極ベクトル $e^\mu = k_t^\mu / |k_t|$ を用いた $k_t$-因子化アプローチを用いる。
• 微小なQCDおよび非相対論的 $c\bar{c}$ 結合状態形式を用いて、$\eta_c$ および $\chi_c$ 生成の行列要素を計算する。
• $0^{-+}$ および $0^{++}$ 状態の正しい量子数を満たすために、スピン射影演算子 $\mathcal{P}(^1S_0)$ および $\mathcal{P}(^3P_0)$ を適用する。
• J. ブルマインのパラメータ化による非統合グルーオン分布関数と行列要素を畳み込むことで、断面積を計算する。
• グルーオンスピン相関のテストにおいて、$\eta_c$ および $\chi_c$ meson の包含的および排他的生成率を比較し、グルーオン偏極のプローブとして $d\sigma(\eta_c)/d\sigma(\chi_c)$ の比を抽出する。
• 基本的な選択則に依存する：スカラー meson（$0^{++}$）はグルーオン偏極ベクトルが平行である場合にのみ生成可能であり、準スカラー meson（$0^{-+}$）は垂直な偏極を要する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 排他的フォトン散乱過程におけるグルーオンの偏極状態は、meson 生成率比を用いて実験的に探査可能か？
• RQ2 ダラム・ポメロン模型における二グルーオン交換メカニズムは、スピン相関によって準スカラー meson 生成が抑制されることを予測するか？
• RQ3 排他的および包含的プロセスにおける準スカラー対スカラー meson 生成率比は、グルーオン偏極に敏感であり、モデルの不確実性に依存しないか？
• RQ4 グルーオンスピン相関からの量子数選択則は、$\eta_c$ のような $0^{-+}$ 状態の生成に、どの程度影響を及えるか？

主な発見

• 比 $d\sigma(\eta_c)/d\sigma(\chi_c)$ は、テバトロン（$\sqrt{s} = 1960$ GeV）およびRHIC（$\sqrt{s} = 200$ GeV）の両方で約5に予測され、横運動量や迅速性に顕著な依存性を示さない。
• この比は運動量変数の変化にほとんど変化せず、グルーオン偏極相関の堅牢でモデルに依存しないシグネチャを示している。
• $\eta_c$ 生成の抑制は力学的要因によるものではなく、根本的な量子数選択則によるものである：$0^{-+}$ 状態は垂直なグルーオン偏極ベクトルを要する。
• 垂直なグルーオン偏極からの $\chi_c$ 生成への寄与は、オフシェルネスのため大幅に抑制されるが、完全には禁止されていない。
• この手法はグルーオン分布関数やランダム結合定数 $\alpha_s(\mu^2)$ の不確実性に依存せず、比においてこれらが相殺される。
• 提案されたテストは実験的に実現可能であり、最近の二重フォトン散乱過程における $\chi_{c0}$ 生成の観測が、このような測定の可能性を裏付けている。