[논문 리뷰] B-meson production in p\\bar p collisions at Tevatron with k_T-factorization

S. P. Baranov, A. V. Lipatov외 1명|arXiv (Cornell University)|2003. 02. 19.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 테바트론에서 $p\bar{p}$ 충돌에서 $b$-쿼크 및 $B$-메손 생성에 대해 $k_T$-분리 QCD 접근법을 적용하며, 비통합된 글루온 분포(UGD)를 사용하여 횡방향 운동량 의존성 있는 부분입자 반응을 모델링한다. $b$ 쿼크, $B$ 메손, 붕괴된 뮤온의 단면적에 대해 D\O 및 CDF 데이터와 양호한 일치를 보이며, 특히 JB 및 KMS UGD 파arametrization에서 그러한 일치가 두드러진다. 또한 테바트론과 LHC에서의 뮤온-뮤온 및 뮤온-제트 단면적을 예측한다.

ABSTRACT

In the framework of the k_T-factorization QCD approach we consider the production of b quark pairs in p\\bar p collisions at the Fermilab Tevatron. We investigate the dependence of the b quark, B meson and decay muon differential cross sections on the different forms of unintegrated gluon distributions. The analysis also covers the azimuthal correlations between the b and \\bar b quarks and their decay muons. Our theoretical results agree well with recent data taken by the D0 and CDF collaborations at Tevatron. Finally, we present our predictions for muon-muon and muon-jet cross sections at the Tevatron and CERN LHC conditions.

연구 동기 및 목표

• 테바트론에서 $b$-플레버 생성에 대한 이론적 예측과 실험 데이터 사이에 오랫동안 지속된 차이(단면적에서 두 배 이상의 초과)를 해결하기 위해.
• 횡방향 운동량 의존성 있는 비통합된 글루온 분포(UGD)가 $b$-쿼크, $B$-메손 및 붕괴 뮤온의 미분 단면적에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• $b\bar{b}$ 쿼크와 그들의 붕괴 뮤온 사이의 아작수 조화를 분석하여 생성 메커니즘과 UGD 성질을 탐색하기 위해.
• 실제 검출기 조건을 반영한 검출기 컷을 사용하여 테바트론 및 CERN LHC 에너지에서 뮤온-뮤온 및 뮤온-제트 최종 상태의 이론적 예측을 제공하기 위해.

제안 방법

• Balitsky-Fadin-Kuraev-Lipatov (BFKL) 진화 방정식에 기반한 $k_T$-분리 접근법을 사용하여 $1/x$ 및 $\mu^2/\Lambda_{\text{QCD}}^2$ 에서의 큰 로그를 재귀적으로 처리함으로써 횡운동량 의존성 있는 비통합된 글루온 분포(UGD)를 도출한다.
• 경계 조건이 없는 행렬 원소에 극화 텐서 $L^{\mu\nu} = q_T^\mu q_T^\nu / q_T^2$ 를 사용하여 횡운동량 의존성 있는 딱딱한 부분입자 반응 $gg \to b\bar{b}$ 를 기술한다.
• JB, KMS 및 다른 두 가지 UGD 파arametrization(이전 연구에서 잘못 인쇄된 것 포함)을 사용하여 결과가 UGD 형태에 얼마나 민감한지 평가한다.
• 실험 조건을 반영한 운동량 범위에서 위상공간에 대한 수치적 적분을 수행한다: $p_T^\mu > 6\,\text{GeV}$, $|y^\mu| < 2.5$, 그리고 뮤온 쌍에 대해 $6 < m^{\mu\mu} < 35\,\text{GeV}$.
• 이론적 미분 단면적 $d\sigma/dp_T^{\mu}$, $dy^{\mu}$ 및 $d\sigma/d\Delta\phi^{\mu\mu}$ 를 D\O 및 CDF 데이터와 비교한다.
• ATLAS 유사 컷을 사용하여 $\sqrt{s} = 1.96\,\text{TeV}$ (테바트론) 및 $14\,\text{TeV}$ (LHC) 에서 뮤온-뮤온 및 뮤온-제트 최종 상태의 단면적을 예측한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 비통합된 글루온 분포(UGD) 파arametrization 이 테바트론에서 $p\bar{p}$ 충돌의 $b$-쿼크, $B$-메손 및 붕괴 뮤온의 미분 단면적에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 $b\bar{b}$ 쿼크와 그들의 붕괴 뮤온 사이의 아작수 조화는 $k_T$-분리와 최초 순서 pQCD 예측을 얼마나 잘 구분하는가?
• RQ3 D\O 및 CDF의 $b$-플레버 생성 및 뮤온 조화 데이터를 가장 잘 기술하는 UGD 모델(JB, KMS 또는 다른 것)은 무엇인가?
• RQ4 실제 검출기 컷 조건 하에서 테바트론과 LHC에서의 뮤온-뮤온 및 뮤온-제트 최종 상태에 대한 예측 단면적은 무엇인가?
• RQ5 결과는 인식 스케일 $\mu^2 = q_T^2$ 와 $m_b = 4.75\,\text{GeV}$ 의 선택에 얼마나 민감한가?

주요 결과

• JB 및 KMS 비통합된 글루온 분포를 사용한 $k_T$-분리 접근법은 $b$-쿼크, $B$-메손 및 붕괴 뮤온의 미분 단면적에 대해 D\O 및 CDF 데이터와 뛰어난 일치를 보인다.
• 앞서나가는 영역($2.4 < |y^\mu| < 3.2$)에서의 $d\sigma/dp_T^\mu$ 및 $dy^\mu$ 에 대해 $k_T$-분리 결과는 실험 데이터와 잘 일치하지만, NLO pQCD는 데이터를 약 4배 정도 과소평가한다.
• 아작수 조화 $d\sigma/d\Delta\phi^{\mu\mu}$ 는 JB 및 KMS UGD가 D\O 데이터를 재현하지만, 파arametrization (11) 은 작은 $\Delta\phi^{\mu\mu} \sim 0$ 에서 데이터를 과소평가하여 $\alpha_S^n \ln^n(1/x)$ 기여의 중요성을 시사한다.
• $k_T$-분리 접근법은 초기 상태 글루온의 횡운동량 덕분에 $\Delta\phi^{\mu\mu}$ 에 대해 넓은 분포를 예측하는 반면, LO pQCD는 $\pi$ 근처에 날카로운 피크를 기대한다.
• LHC($\sqrt{s} = 14\,\text{TeV}$) 에서 뮤온-뮤온 및 뮤온-제트 최종 상태에 대한 이론적 예측 단면적이 제공되며, 곡선들은 사용된 UGD 모델에 민감함을 보여준다.
• 이 연구는 JB 및 KMS UGD가 다른 파arametrization보다 $b\bar{b}$ 생성 및 상관관계를 기술하는 데 더 신뢰할 수 있으며, 특히 작은 $x$ 영역에서 그러하다고 결론을 내린다.