[논문 리뷰] Yields and polarizations of prompt $\jpsi$ and $\psits$ production in hadronic collisions

Hua-Sheng Shao, H. Han외 4명|arXiv (Cornell University)|2014. 11. 12.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 40인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 레이저 충돌기에서의 프롬프트 J/ψ 및 ψ(2S) 생성에 대해 다음 주의 순서(NLO) 비상대론적 양자 chromodynamics(NRQCD) 분석을 제시하며, χcJ 및 ψ(2S) 붕괴에서 기인하는 피드다운 기여를 포함한다. Tevatron 데이터에 대해 고운동량 전단(pT) 截단(11 GeV)을 적용하여 색-팔중(long-distance matrix elements, LDMEs)을 피팅함으로써 수확량과 극화도 예측이 일관되게 이루어지며, 3S[8]1 및 3P[8]J 채널 간 상쇄로 인해 J/ψ 생성이 거의 극화되지 않음을 보여준다.

ABSTRACT

We give predictions of $\jpsi$ and $\psits$ yields and polarizations in prompt production at hadron colliders based on non-relativistic QCD factorization formula. We calculate short-distance coefficients of all important color-octet intermediate channels as well as color-singlet channels up to $\mathcal{O}(α_S^4)$, i.e. next-to-leading order in $α_S$. For prompt $\jpsi$ production, we also take into account feeddown contributions from $χ_{cJ}$(J=0,1,2) and $\psits$ decays. Color-singlet long-distance matrix elements (LDMEs) are estimated by using potential model, and color-octet LDMEs are extracted by fitting the Tevatron yield data only. The predictions are satisfactory for both yields and polarizations of prompt $\jpsi$ and prompt $\psits$ production at the Tevatron and the LHC. In particular, we find our predictions for polarizations of prompt $\jpsi$ production have only a little difference from our previous predictions for polarizations of direct $\jpsi$ production.

연구 동기 및 목표

• 헤드론 충돌기에서의 프롬프트 J/ψ 생성에 있어서 오랫동안 지속된 극화도 불일치 문제를 해결하기 위해, 실험적으로 측정된 λθ ≈ 0이 선형 주의 NRQCD 예측의 횡방향 극화도와 모순됨을 해결한다.
• 이전 NLO 분석에서 무시되었던 χcJ 및 ψ(2S) 붕괴에서 기인하는 피드다운 기여를 포함함으로써 이론적 예측을 향상시키기 위해.
• Tevatron 데이터에 고운동량 전단(11 GeV)을 적용하여 색-팔중 LDMEs를 피팅함으로써 J/ψ 및 ψ(2S) 극화도 데이터를 통합적으로 설명하기 위해.
• 다양한 운동량 전단 및 LDME 가정 조건이 극화도 결과에 미치는 영향을 시험하여 NLO NRQCD 예측의 견고성을 평가하기 위해.

제안 방법

• NRQCD 분리 원리에 따라, αS⁴까지의 차수인 즉, αS에서의 다음 주의 순서(NLO)에서 모든 주요 색-단일 및 색-팔중 채널에 대한 단거리 계수(SDCs)를 계산한다.
• 잠재력 모델을 통해 색-단일 LDMEs를 추정하고, Tevatron 데이터에 대해 ψ(2S)의 경우 11 GeV, J/ψ의 경우 7 GeV의 운동량 전단을 적용하여 색-팔중 LDMEs를 추출한다.
• 측정된 붕괴 비율과 SDCs를 사용하여 χcJ(J=0,1,2) 및 ψ(2S) 붕괴에서 기인하는 프롬프트 J/ψ 생성에 피드다운 기여를 포함한다.
• 전방 및 중심 빠디티 영역에서 관측된 극화도 경향과 일치시키기 위해 모든 색-팔중 LDMEs의 부호를 양수로 가정한다.
• Tevatron의 CDF 실험에서의 실험 데이터와 이론적 예측을 비교하기 위해 헬리시티 기반 극화도 관측량 λθ를 사용한다.
• 이전 피팅보다 향상된 ψ(2S) 극화도 기술을 위해, 더 높은 운동량 전단(11 GeV)을 적용하여 Tevatron 데이터에 대해 새로운 피팅을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Tevatron에서 관측된 프롬프트 J/ψ의 거의 영점 극화도는 피드다운 기여를 포함한 NLO NRQCD로 설명될 수 있는가?
• RQ2 고운동량 전단(예: 11 GeV)이 색-팔중 LDMEs 추출 및 그로 인한 극화도 예측에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 동일한 NLO NRQCD 프레임워크와 통합된 LDME 세트를 사용하여 J/ψ 및 ψ(2S) 극화도 데이터를 일관되게 설명할 수 있는가?
• RQ4 3S[8]1 및 3P[8]J 색-팔중 기여 간의 상쇄가 프롬프트 J/ψ의 최종 극화도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 모든 색-팔중 LDMEs에 대해 양수 부호를 가정하는 것은 실험 데이터 및 이론적 기대와 일치하는가?

주요 결과

• χcJ 및 ψ(2S) 붕괴에서 기인하는 피드다운 기여를 포함하더라도 프롬프트 J/ψ의 극화도 예측은 거의 변하지 않으며, 여전히 거의 극화되지 않은 상태를 유지한다.
• 극화도 데이터에 좋은 피팅을 얻기 위해 ψ(2S) 데이터에 대해 11 GeV의 고운동량 전단이 필요하며, 이는 소운동량 전단 영역에서의 재결합 요구 조건과 일치한다.
• 3S[8]1 및 3P[8]J 색-팔중 기여 간의 상쇄로 인해 1S[8]0 채널이 지배적이 되어 극화되지 않은 J/ψ 생성이 발생한다.
• Tevatron 및 LHC에서의 프롬프트 J/ψ 및 ψ(2S) 수확량과 극화도에 대한 이론적 예측은 실험 데이터와 만족스러운 일치를 보인다.
• 11 GeV 운동량 전단을 적용한 새로운 피팅은 이전의 낮은 전단을 사용한 피팅보다 ψ(2S) 극화도 데이터를 더 잘 기술한다.
• 결과는 NLO NRQCD 프레임워크가 고운동량 전단 데이터 컷과 적절한 LDME 추출을 함께 적용할 경우, J/ψ 및 ψ(2S) 상태에 걸쳐 옥수수의 극화도를 일관되게 설명할 수 있음을 시사한다.