[논문 리뷰] Exclusive photoproduction of quarkonium in proton-nucleus collisions at the LHC

G. Sampaio dos Santos, M. V. T. Machado|arXiv (Cornell University)|2013. 12. 03.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 LHC 에너지에서 핵과 양성자 간의 충돌에서 쿼크onium 상태(ψ(1S), ψ(2S), 및 Υ(1S))의 일관된 광생성 현상을 색 다이폴 형식과 포화 효과를 고려하여 연구한다. 5.02 TeV 및 8.8 TeV에서의 속도 분포를 예측하며, 이론적 불확실성과 고에너지 핵물리에서의 부분입자 포화 현상에 대한 핵심 통찰을 제공한다.

ABSTRACT

In this work we investigate the coherent photoproduction of psi(1S), psi(2S) and Upsilon (1S) states in the proton-nucleus collisions in the LHC energies. Predictions for the rapidity distributions are presented using the color dipole formalism and including saturation effects that are expected to be relevant at high energies. Calculations are done at the energy 5.02 TeV and also for the next LHC run at 8.8 TeV in proton-lead mode. Discussion is performed on the main theoretical uncertainties associated to the calculations.

연구 동기 및 목표

• 고에너지에서 양성자-핵 충돌에서 쿼크onium 상태의 일관된 광생성에 있어 부분입자 포화의 역할을 이해하기 위해.
• LHC 에너지에서 p-Pb 충돌에서 ψ(1S), ψ(2S), 및 Υ(1S)의 속도 분포에 대한 정량적 예측을 제공하기 위해.
• 다이폴 형식에서 색 다이폴 단면적과 포화 스케일의 모델링으로 인한 이론적 불확실성을 평가하기 위해.
• 5.02 TeV에서의 일관된 광생성 과정에 있어 포화 효과의 중요성을 평가하고, 향후 8.8 TeV LHC 런에 대비하기 위해.

제안 방법

• 가상 광자의 핵 타겟과의 상호작용을 기술하기 위해 색 다이폴 형식을 사용하며, 색 8-형 상태의 쿼크-반쿼크 쌍을 모델링한다.
• 비선형 글루온 밀도 효과를 고려하기 위해 포화 스케일에 의존하는 다이폴 단면적을 도입하여 포화 효과를 포함시킨다.
• 다이폴 단면적과 쿼크onium 상태의 빛의 경로 파동함수를 사용하여 속도 분포를 계산한다.
• 양성자-铅 충돌에서 5.02 TeV 및 8.8 TeV의 중심질량 에너지에서 예측을 수행한다.
• 포화 스케일과 다이폴 단면적 매개변수화의 변화에 따라 입력 매개변수를 변형하여 이론적 불확실성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 포화 효과는 5.02 TeV에서 p-Pb 충돌에서 ψ(1S), ψ(2S), 및 Υ(1S)의 일관된 광생성 속도 분포에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 향후 8.8 TeV LHC 런에서 이러한 쿼크onium 상태의 기대 단면적과 속도 의존성은 무엇인가?
• RQ3 예측은 포화 스케일과 다이폴 단면적 매개변수화의 변화에 얼마나 민감한가?
• RQ4 이론적 불확실성은 예측된 속도 분포의 신뢰성에 얼마나 큰 영향을 미치는가?

주요 결과

• 포화 효과를 포함시킴으로써 전방 속도 영역에서 단면적이 크게 억제되며, 특히 Υ(1S) 상태에서 두드러진다.
• 다이폴 단면적 매개변수화의 선택에 따라 예측이 강하게 의존함을 보여, 이론적 불확실성의 주요 원인이 됨을 시사한다.
• ψ(1S) 및 ψ(2S)의 속도 분포는 포화 보정으로 인해 주로 두 번째 순서 근사와 비교해 더 넓은 구조를 보인다.
• 8.8 TeV에서는 5.02 TeV에 비해 단면적이 증가할 것으로 예측되며, 중심 속도 영역에서 더욱 두드러진 증가가 예상된다.
• 이론적 불확실성은 전방 속도 영역과 Υ(1S) 상태에서 가장 크며, 이는 핵 내 글루온 밀도가 더 높기 때문이다.