[論文レビュー] Valence Quark and Gluon Distributions of Kaon from J/Psi Production

J. C. Peng, W. C. Chang+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 2, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、陽子ビームにおけるNA3 $J/\psi$ 生産データが、$K^{-}$ 内のバルク $ar{u}$ クォーク分布が $\pi^{-}$ よりも柔らかく、先行するDrell-Yanデータと整合していることを独立した実験的証拠として示している。さらに、$K^{+}/\pi^{+}$ $J/\psi$ 確率比が、パイオングループンよりKaonに高いグルーオン含有率を示唆し、強い相互作用過程を通じてKaonのパートン分布を調べる新たな道筋を提供している。

ABSTRACT

The only experimental information on the parton distribution of kaons was obtained from the scarce kaon-induced Drell-Yan cross section data. From these data, evidence for a valence $u$ quark distribution of kaon softer than that of pion was found. We study the feasibility to extract kaon's valence quark distribution via the existing kaon-induced J/psi production data. We compare the NA3 data on the K- / pi- and K+ / pi+ ratios for J/psi production on a platinum target with theoretical calculations based on the color-evaporation model. We show that the NA3 data on J/psi production provide an independent evidence for a valence $u$ quark distribution softer in kaon than in pion. The data also suggest different gluon distributions for kaon and pion.

研究の動機と目的

• $J/\psi$ 生産データからKaonのバルククォークおよびグルーオン分布を抽出する可能性を評価し、Drell-Yan過程とは異なる代替手法を検討すること。
• $J/\psi$ 生産が核標的に作用する際に、Kaon内でのフラバー依存のバルククォーク分布に独立した証拠を提供するかを検証すること。
• $K^{+}/\pi^{+}$ $J/\psi$ 確率比がKaon内のグルーオンおよび海クォーク分布にどれほど感度を持つかを調査すること。
• $J/\psi$ 生産が、軽いメソンのパートオン的構造を調べるためのDrell-Yanと補完的なツールとしての可能性を評価すること。

提案手法

• 本研究では、NA3実験データの $K^{-}/\pi^{-}$ および $K^{+}/\pi^{+}$ $J/\psi$ 生産確率比を、色蒸発モデルに基づく理論的計算と比較した。
• 理論的予測は、メソンおよび核子のパートン分布関数（PDF）としてSMRSおよびCTEQ5Lを用いた、leading-order（LO）およびnext-to-leading-order（NLO）断面積式に基づいている。
• $K^{-}$ 内のバルク $ar{u}$ 分布をより柔らかくモデル化するため、$\bar{u}^{V}_{K}(x) = N_{u} \bar{u}^{V}_{\pi}(x)(1-x)^{a}$ という修正パラメータ化を用い、$a = 0.203$ とした。この際、バルククォークの和則を保持した。
• $K^{+}$ に関しては、グルーオンおよび海クォーク分布への修正を検討し、グルーオン寄与率を40%から45%に、海クォーク寄与率を15%から10%に変更した。関数形は維持した。
• $K^{+}/\pi^{+}$ 確率比を分析し、$gg$融合が支配的であり $q\bar{q}$ 消滅が抑制されるため、グルーオン分布の違いに感度があるかを評価した。
• NLO補正にはDYNNLOコードを用い、比率 $R$ に対して高次の効果が最小限であるため、LO計算で十分であることが確認された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $J/\psi$ 生産データが、$\pi^{-}$ よりも $K^{-}$ 内のバルク $\bar{u}$ クォーク分布が柔らかくなっていることの独立した証拠を提供できるか？
• RQ2 $K^{+}/\pi^{+}$ $J/\psi$ 生産確率比が、Kaon内のグルーオン分布に感度を示すか？
• RQ3 $J/\psi$ 生産データが、Kaon内のグルーオンおよび海クォーク分布にどの程度制約を加えるか？
• RQ4 $K^{+}+$ Pt における $J/\psi$ 生産メカニズムと $K^{-}+$ Pt との間で、支配的となるパートオン過程がどのように異なるか？
• RQ5 $K^{+}/\pi^{+}$ 確率比を用いて、メソン内のグルーオン分布のフラバー依存性に関する情報を抽出できるか？

主な発見

• NA3の $K^{-}/\pi^{-}$ $J/\psi$ 確率比データは、$x_{1}$ が大きい領域で明確な低下を示しており、$K^{-}$ 内のバルク $ar{u}$ クォーク分布が $\pi^{-}$ よりも柔らかく、$(1-x)^{0.203}$ の抑制因子と整合していることが示された。
• $K^{-}/\pi^{-}$ データは、$K^{-}$ と $\pi^{-}$ に共通のバルククォーク分布があるという仮定と矛盾しており、修正された $\bar{u}^{V}_{K}(x)$ 分布を用いたLO計算がデータを著しくよく再現した。
• $K^{+}/\pi^{+}$ $J/\psi$ 確率比データは、同じPDFを仮定した理論予測よりも10–15%高い位置に位置しており、$K^{+}$ 内のグルーオン含有率が $\pi^{+}$ よりも高いことを示唆している。
• グルーオン分布を12%増加させ、その運動量寄与率を40%から45%に引き上げたことで、理論的予測は $K^{+}/\pi^{+}$ データと整合的になった。
• $K^{+}/\pi^{+}$ 確率比は、$gg$融合が $q\bar{q}$ 消滅を圧倒的に上回るため、バルククォーク分布の変更に対して感度が低く、$K^{+}$ による $J/\psi$ 生産においてグルーオンの役割が顕著であることが強調された。
• 結果から、$J/\psi$ 生産が、Drell-Yanデータが限られている領域においても、Kaon内のバルククォークおよびグルーオン分布を抽出する有望なプローブであることが示唆された。