[논문 리뷰] Inclusive diffractive heavy quarkonium photoproduction including quark subprocesses

Jiayu Wu, Yanbing Cai외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 11. 25.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 59인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 비상대론적 양자색역학(NRQCD) 프레임워크를 확장하여 쿼크로 시작하는 반응과정—γq, qg, qq—을 포함한 포함형 미세분열 중간자량화합물 광생성에 적용함으로써, HERA 데이터와의 일치도를 크게 향상시키고 LHC 에너지에서 빠르기와 횡방향 운동량 분포에서 각각 최대 8%와 6%의 비시작적인 기여를 드러냄. 쿼크 반응과정의 포함은 pp, pPb, PbPb 충돌에서 J/Ψ, Ψ(2S), Υ(1S) 생성을 이론적으로 더 정확히 기술함.

ABSTRACT

The inclusive $J/\Psi$, $\Psi(2S)$ and $\Upsilon(1S)$ direct and resolved photoproduction are investigated by including the quark subprocesses in the framework of non-relativistic quantum chromodynamics (NRQCD). We find that the theoretical total cross section of heavy quarkonium productions are in good agreement with the data available at HERA, once the $\gamma q$, $qg$ and $qq$ subprocesses in the heavy quark pair productions are taken into account. The inclusive diffractive rapidity and transverse momentum distributions of $J/\Psi$, $\Psi(2S)$ and $\Upsilon(1S)$ in $pp$, $pPb$ and $PbPb$ collisions at LHC are also studied by our quark improved NRQCD model combined with the resolved pomeron model. We find that the contributions from the quark involved subprocesses can reach to $8\%$ in the rapidity distribution and $6\%$ in the transverse momentum distribution. The numerical results show that the contributions from quark involved subprocesses are significant in heavy quarkonium photoprodution.

연구 동기 및 목표

• 쿼크로 시작하는 반응과정을 포함시켜 포함형 미세분열 중간자량화합물 광생성의 이론적 예측을 향상시키기 위해.
• 직접적 및 해소된 광생성 메커니즘에서 γq, qg, qq 반응과정의 기여의 중요성을 평가하기 위해.
• 해소된 펄서몬 교환을 고려한 확장된 NRQCD 모델을 HERA 및 LHC 실험 데이터와 비교하여 검증하기 위해.
• 고에너지 입자 충돌에서 빠르기 및 횡방향 운동량 분포에 미치는 쿼크 반응과정의 영향을 정량화하기 위해.

제안 방법

• 이 연구는 중간자량화합물 생성을 기술하기 위해 비상대론적 양자색역학(NRQCD) 인과성 프레임워크를 사용함.
• 이전에 연구된 글루온-글루온 반응과정 외에도 쿼크로 시작하는 반응과정—γq → Q̄Qq, qg → Q̄Qq, qq̄ → Q̄Qg—을 포함함.
• LHC 에너지에서 pp, pPb, PbPb 충돌의 미세분열 과정을 기술하기 위해 해소된 펄서몬 모델을 사용함.
• 단거리 생성의 행렬 요소는 최초 차수에서 계산되며, 장거리 행렬 요소는 강입자 생성 데이터에 대한 글로벌 피팅에서 추출됨.
• 직접적 및 해소된 광생성 채널에서 J/Ψ, Ψ(2S), Υ(1S)에 대한 이론적 단면적을 계산함.
• 수치적 결과는 모델의 유효성을 검증하기 위해 HERA 데이터 및 LHC 측정치와 비교됨.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HERA에서 포함형 미세분열 중간자량화합물 광생성에 있어 쿼크로 시작하는 반응과정은 어떤 기여를 하는가?
• RQ2 LHC 에너지에서 γq, qg, qq 반응과정은 J/Ψ, Ψ(2S), Υ(1S)의 빠르기 및 횡방향 운동량 분포에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 쿼크 반응과정의 포함이 NRQCD 예측과 HERA 및 LHC 실험 데이터 간의 일치도를 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 미세분열 광생성에서 쿼크 반응과정과 글루온 반응과정의 상대적 중요성은 어떠한가?
• RQ5 다양한 충돌 시스템(pp, pPb, PbPb)에서 쿼크 반응과정의 기여는 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• γq, qg, qq 반응과정의 포함은 J/Ψ, Ψ(2S), Υ(1S) 광생성에 대해 이론적 예측과 HERA 데이터 간의 일치도를 크게 향상시킴.
• 빠르기 분포에서 LHC 에너지에서 pp, pPb, PbPb 충돌에서 쿼크 반응과정이 최대 8% 기여함.
• 횡방향 운동량 분포에서 LHC 에너지에서 쿼크 반응과정이 최대 6% 기여함으로써 비시작적인 영향이 있음.
• 해소된 펄서몬 모델과 쿼크 개선된 NRQCD 프레임워크의 조합은 다양한 충돌 시스템에서 미세분열 광생성에 대해 일관된 기술을 제공함.
• 결과는 쿼크 반응과정이 무시할 수 없으며, 중간자량화합물 생성의 정확한 이론적 모델링을 위해 포함되어야 함을 보여줌.
• 모델은 HERA 및 LHC 데이터 양측에서 실험적 경향을 성공적으로 재현함으로써 확장된 NRQCD 접근법의 타당성을 검증함.