[논문 리뷰] QCD corrections to J/psi polarization of hadronproduction at Tevatron and LHC

Bin Gong, Jian-Xiong Wang|arXiv (Cornell University)|2008. 02. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 63

한 줄 요약

이 논문은 비상대론적 양정역학(NRQCD) 인과성 형식을 사용하여 테바트론과 LHC에서 하드로생산에서 J/ψ의 근사 1차 보정(NLO) QCD 보정을 계산한다. NLO 보정이 선형 보정에서의 횡방향 지배성에서 강한 종방향 극성화로 J/ψ 극성화를 크게 이동시킴을 발견하였으며, 이는 이론과 실험 간 오랫동안 지속된 격차의 일부를 해결하고, 색-팔중성 채널에 대한 NLO 보정이 필요하다는 것을 강조한다.

ABSTRACT

The next to leading order (NLO) QCD corrections to J/psi polarization of hadronproduction at Tevatron and LHC are calculated. The results show that the J/psi polarization is extremely changed from more transversal polarization at leading order (LO) into more longitudinal polarization at NLO. Although it gives more longitudinal polarization than the recent experimental result on the J/psi polarization at Tevatron. It sheds light on the solution to the large discrepancy of J/psi polarization between theoretical predication and experimental measurement, and suggests that the next important step is to calculate the NLO correction for color octet state J/psi^{(8)} hadronproduction. Our calculations are performed in two ways where the polarizations are summed analytically or not, and they are checked with each other. It also gives a K factor for total cross section (ratio of NLO to LO) of about 2 and shows that the NLO corrections boost the J/psi production for about 2 order of magnitude in high transverse momentum p_t region of J/psi, which confirms the calculation by Campbell, Maltoni and Tramontano.

연구 동기 및 목표

• 고가속도 횡운동량 영역에서 선형 보정(LC) 이론 예측과 실험 측정치 사이의 오랫동안 지속된 J/ψ 극성화 격차를 해결하기 위해.
• 테바트론과 LHC에서 하이드론 충돌에서 J/ψ 생성에 대한 NLO QCD 보정을 비상대론적 양정역학(NRQCD) 인과성 프레임워크를 사용하여 계산하기 위해.
• NLO 보정이 J/ψ의 극성화 상태, 특히 횡방향에서 종방향 지배성으로의 전이에 어떻게 영향을 미치는지 조사하기 위해.
• 실제 보정 과정 gg → J/ψc̄c 가 극성화와 총 단면적에 미치는 영향을 평가하고 기존 결과와 비교하기 위해.
• 다음으로 중요한 단계로, 색-팔중성 J/ψ(8) 생성 채널에 대한 NLO 보정 계산을 식별하기 위해.

제안 방법

• 가상 및 실제 보정에서의 초월, 적외선 및 쿨롱 특이성을 다루기 위해 차원 정규화를 사용한다.
• 실제 복사 과정에서의 소프트 및 콜린어 발산을 분리하고 상쇄하기 위해 이중 캐비닛 단면적 분할 방법을 사용한다.
• 차원 정규화에서 새로운 텐서 및 스칼라 적분 기법을 구현한 Feynman 다이어그램 계산기(FDC) 패키지를 사용한다.
• 극성화는 밀도 행렬 형식론을 통해 계산되며, 극성화 매개변수 α 는 J/ψ 붕괴 제품의 각도 분포에서 유도된다.
• NLO 단면적은 가상 보정, 실제 보정(gg → J/ψc̄c 포함) 및 유한한 보정 항을 조합하여 얻는다.
• 극성화를 해석적으로와 수치적으로 합산하여 결과의 일관성을 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NLO QCD 보정은 테바트론과 LHC에서 고에너지 하드로생산에서 J/ψ의 극성화에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 실제 과정 gg → J/ψc̄c 는 NLO에서 J/ψ 극성화와 총 단면적에 어떤 정량적 영향을 미치는가?
• RQ3 NLO 보정을 포함함으로써 선형 보정 이론 예측과 실험 데이터 사이의 격차가 해결되는가?
• RQ4 다양한 횡운동량 영역에서 총 단면적에 대한 K 요인(NLO/LO)은 어떻게 행동하는가?
• RQ5 색-팔중성 메커니즘이 J/ψ 생성에 어떤 역할을 하는가? 그리고 왜 이 채널에 대한 NLO 보정이 극성화 수수께끼를 해결하는 데 필수적인가?

주요 결과

• NLO QCD 보정은 J/ψ 극성화를 근본적으로 변화시켜, 고-pt 영역에서 선형 보정에서의 횡방향 지배성(α > 0)에서 NLO에서 강한 종방향 극성화(α ≈ -0.9)로의 이동을 초래한다.
• μr = μf = √((2mc)² + pt²) 일 때 총 단면적에 대한 K 요인은 약 2이며, 이는 NLO에서의 상당한 증가를 나타낸다.
• pt = 50 GeV에서 J/ψ의 미분 단면적은 NLO 보정으로 인해 약 2에서 3개의 주자 정도 증가한다.
• 하나의 부분 반응 gg → J/ψc̄c 는 거의 극성화되지 않은 J/ψ(α ≈ 0)를 생성하며, NLO+ 계산에 포함될 경우 이론 예측을 실험 결과에 더 가깝게 만든다.
• 이 연구는 Campbell 등(2007)의 결과를 확인하며 고-pt 영역에서 pt 분포와 단면적 증가에 대해 설명한다.
• 이 연구는 색-팔중성 J/ψ(8) 생성 채널에 대한 NLO 보정 계산이 극성화 격차를 완전히 해결하기 위해 다음으로 필수적인 단계임을 규명한다.