[논문 리뷰] Quarkonium Decays and Production in NRQCD

Fabio Maltoni|ArXiv.org|2000. 07. 02.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 쿼크onium 붕괴 및 생성을 연구하기 위해 비상대론적 양자역학(QCD, NRQCD) 인과적 접근법을 적용하며, 하드론 붕괴의 경우 색-팔행 기여가 필수적임을 보여준다. $\chi_{cJ}$ 및 $\Upsilon$ 붕괴에 대해 NLO 계산을 수행하고, 고정-타겟 실험 데이터로부터 비진동적 행렬원소를 추출하며, 이 행렬원소들이 이론적 오차 범위 내에서 보편성을 갖는다는 것을 확인함으로써 NRQCD의 쿼크onium 현상학에 대한 예측 능력을 검증한다.

ABSTRACT

Some examples of the most recent applications of the NRQCD factorization approach to quarkonium phenomenology are presented. In the first part of the talk the NLO calculations for $\chicj$ and $Υ$ decays rates are compared to the data and the results critically analyzed. In the second part, I show how information on the non-perturbative matrix elements can be extracted from the hadronic fixed-target experiments and eventually used to test their universality.

연구 동기 및 목표

• 포함 및 반포함 쿼크onium 붕괴 및 생성 과정을 기술하는 데 있어 NRQCD 인과적 접근법의 타당성을 평가하는 것.
• 고정-타겟 실험에서의 하드론 붕괴 데이터로부터 $^3S_1^{[8]}$ 및 $^1S_0^{[8]}$ 포크 성분에 대한 비진동적 행렬원소(MEs)를 추출하는 것.
• 다양한 과정 간 색-팔행 행렬원소의 보편성 검증 및 이론적 예측과 측정치 간의 비교.
• $\Upsilon$ 하드론 붕괴에서 색-팔행 기여의 중요성을 평가하고, 이러한 붕괴에서 $\alpha_s$ 추출의 신뢰성을 평가하는 것.
• $\chi_{cJ}$ 붕괴에서의 제약 조건과 NRQCD 척도 규칙을 사용하여 $h_c$ 채론늄 상태의 하드론 붕괴 너비를 예측하는 것.

제안 방법

• 포함 붕괴 너비를 짧은 거리 계수와 비진동적 행렬원소의 합으로 표현하기 위해 NRQCD 인과적 형식을 사용: $\Gamma(H\to X) = \sum_{\cal Q} \hat{\Gamma}({\cal Q}\to x) \langle H|\bar{\cal O}({\cal Q})|H\rangle$.
• 색-단일체 및 색-팔행 기여를 포함한 $\chi_{cJ}$ 및 $\Upsilon$ 붕괴 비율에 대해 다음 주의 순서(NLO) 계산을 수행.
• 중량 쿼크 스핀 대칭을 적용하여 다양한 포크 성분의 행렬원소를 연결함으로써 독립 매개변수의 수를 감소시킴.
• 고정-타겟 및 하드론 충돌기 실험에서의 $J/\psi$ 및 $\psi'$ 생성 데이터로부터 비진동적 행렬원소를 추출.
• 이론적 예측과 $R_\psi = \sigma_{\rm hadroprod}(J/\psi)/\sigma_{\rm hadroprod}(\psi')$ 데이터를 비교하여 $\langle \cal O_8^{\psi}(^3S_1) \rangle$ 의 보편성 검증.
• 이론적 안정성 평가 및 재정규화 스케일 불확실성 감소를 위해 NLO 결과의 스케일 의존성 분석.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 색-팔행 기여는 $\Upsilon$ 상태의 하드론 붕괴에서 유의미한가? 그리고 색-단일체 모델의 사용을 무효화하는가?
• RQ2 반포함 붕괴 및 생성 데이터로부터 $^3S_1^{[8]}$ 및 $^1S_0^{[8]}$ 포크 성분에 대한 비진동적 행렬원소를 신뢰성 있게 추출할 수 있는가?
• RQ3 예를 들어 $J/\psi$ 및 $\psi'$ 생성 과정 간 비진동적 행렬원소의 보편성은 NRQCD 예측과 일치하는가?
• RQ4 NRQCD에서의 NLO 계산은 이론적 불확실성을 어느 정도 감소시키며 실험 데이터와의 일치도 향상시키는가?
• RQ5 NRQCD 척도 및 대칭 관계를 사용하여 $\chi_{cJ}$ 붕괴 데이터로부터 $h_c$ 상태의 하드론 붕괴 너비를 예측할 수 있는가?

주요 결과

• 색-팔행 기여는 $\Upsilon$ 하드론 붕괴에서 색-단일체 기여와 비슷한 정도의 크기를 가지며, 정확한 기술을 위해 필수적임이 밝혀졌다.
• NRQCD의 NLO 예측에서 $R_\psi$ 는 실험 데이터와 뛰어난 일치를 보이며 재정규화 스케일 변화에 대해 안정적이며, NRQCD 프레임워크의 상당한 성공을 시사한다.
• 고정-타겟 실험에서 추출한 $\langle \cal O_8^{\psi}(^3S_1) \rangle$ 값은 $0.66 \times 10^{-2}\,\text{GeV}^3$ 로, 이론적 기대치와 다른 추정치와 일치한다.
• $\chi_{cJ}$ 붕괴 데이터와 NRQCD 척도 규칙을 기반으로 $h_c$ 하드론 붕괴 너비는 약 $1.4\,\text{MeV}$ 로 예측된다.
• Tevatron, 고정-타겟, B-붕괴 실험에서의 비진동적 행렬원소 추출 결과는 이론적 오차 범위 내에서 일관되며, 행렬원소의 보편성을 지지한다.
• 이론적 및 실험적 오차에도 불구하고, 경량의 채론 쿼크 질량을 감안할 때 NRQCD 접근법은 채론늄 붕괴 및 생성을 놀랍게 일관된 방식으로 기술한다.