[논문 리뷰] Exclusive heavy vector meson production at next-to-leading order in the dipole picture

Heikki Mäntysaari, Jani Penttala|arXiv (Cornell University)|2021. 04. 06.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 89인용 수 70

한 줄 요약

이 논문은 딤플 전도도 모형에서 고차원 보어 모형의 양자 chromodynamics 보정(∼αs)과 상대론적 보정(∼v²)을 포함한, 배제적 무거운 벡터 메손 생성의 최초의 다음 주요 순서(NLO) 계산을 제시한다. 이 보정들이 J/ψ 생성에서 수치적으로 중요하다는 것이 입증되었으며, 이는 소규모 x 영역에서 색 유리 조건(CGC) 프레임워크 내 비선형 역학을 탐색하는 정밀도 도구를 제공한다.

ABSTRACT

We calculate exclusive production of a longitudinally polarized heavy vector meson at next-to-leading order in the dipole picture. The large quark mass allows us to separately include both the first QCD correction proportional to the coupling constant $\alpha_s$, and the first relativistic correction suppressed by the quark velocity $v^2$. Both of these corrections are found to be numerically important in $\mathrm{J}/\psi$ production. The results obtained are directly suitable for phenomenological calculations. We also demonstrate how vector meson production provides complementary information to structure function analyses when one extracts the initial condition for the energy evolution of the proton small-$x$ structure.

연구 동기 및 목표

• 배제적 무거운 벡터 메손 생성 계산을 딤플 전도도 모형에서 다음 주요 순서(NLO)로 확장하여 정밀도를 향상시키기.
• J/ψ 생성 계산에 첫 번째 QCD 보정(∼αs)과 첫 번째 상대론적 보정(∼v²)을 모두 포함하기.
• 소규모 x 영역에서 색 유리 조건(CGC)의 비선형 역학을 연구하기 위한 현상학적으로 타당한 프레임워크 제공하기.
• 배제적 벡터 메손 생성이 소규모 x 진화의 초기 조건을 추출하는 데 구조 함수 분석과 보완적인 정보를 제공할 수 있음을 입증하기.
• 영향력 기준에서 적분된 딤플 전도도 전도도에 중점을 두어, 영향력 기준에서 통합된 딤플 전도도 전도도를 중심으로, 일관된, 비파괴적 산란에 대한 엄밀한 NLO 프레임워크 개발하기.

제안 방법

• 고에너지 근사에서 딤플 전도도 모형을 사용하여 NLO에서의 배제적 산란 전도도를 수립하며, 광자 및 벡터 메손 파동함수는 NLO에서 기술한다.
• 디플 전도도 전도도 N01(Y)의 에너지 진화를 Balitsky-Kovchegov (BK) 방정식으로 기술하며, HERA 데이터에 적합된 비파라미터리 초기 조건을 사용한다.
• 광자 및 벡터 메손 파동함수의 NLO 보정을 포함하여, 가상 보정(δZ)과 실제 글루온 방출 기여를 수반한다.
• t = 0에서 전도도를 평가하며, 장거리 봉쇄 효과를 모델링하는 것을 피하기 위해 영향력 기준에서 통합된 딤플 전도도 전도도에 집중한다.
• 특수 함수인 수정 Bessel 함수 K0 및 K1, 그리고 적분 I(f), I(g)와 그 허수 부분을 포함한 NLO 전도도 커널의 명시적 표현을 유도한다.
• 파동함수 정규화 계수 δZ를 사용하여 NLO 전도도를 해결하며, 쿼크류 파동함수의 비상대론적 전개를 v² 차수까지 적용하여 상대론적 보정을 포함한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 QCD 보정(∼αs)과 상대론적 보정(∼v²)은 소규모 x 영역에서의 J/ψ 생성의 단면적에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 HERA 및 LHC에서 J/ψ 생성의 맥락에서 이러한 NLO 보정은 어느 정도 수치적으로 중요한가?
• RQ3 NLO에서의 배제적 벡터 메손 생성은 전통적인 구조 함수 분석과 비교하여 소규모 x 진화의 초기 조건에 대해 보완적인 제약 조건을 제공할 수 있는가?
• RQ4 디플 전도도 모형에서 NLO 전도도 커널의 구조는 어떻게 되며, 가상 및 실제 방출 기여는 어떻게 조합되는가?
• RQ5 NLO 보정은 종방향으로 극화된 광자에 대한 t-통합 단면적을 어떻게 수정하는가?

주요 결과

• J/ψ 생성에서 첫 번째 QCD 보정(∼αs)과 첫 번째 상대론적 보정(∼v²)이 모두 수치적으로 중요하며, 캄프 쿼크의 경우 v² ∼ αs임을 확인하였다.
• NLO 전도도 커널은 가상 보정(δZ 및 K0(τ) 항을 통해), 실제 글루온 방출(I(f), I(g)를 통해), 그리고 |x01|과 mq에 대한 로그 항을 포함한다.
• t = 0에서 유한하고 잘 정의된 NLO 전도도를 도출하였으며, 모든 적분 발산은 z2 적분의 비영인 하한(z2 > α)에 의해 조절된다.
• 비상대론적 전개를 통해 파동함수의 상대론적 보정을 v² 차수까지 유도하였으며, ∇²φRF(0)/φRF(0) 항을 포함한 명시적 표현을 포함한 φq¯q 파동함수를 유도하였다.
• 최종 NLO 단면적은 특수 함수와 적분(K0, K1, Ii, I)으로 표현되었으며, 모두 유한하며 현상학적 적용에 적합하다.
• 이 프레임워크는 향후 전자-이온 충돌기에서 무거운 핵을 포함한 배제적 과정에서 CGC 내 비선형 역학을 연구하는 데 직접 적용 가능하다.