[论文解读] Diffractive production of vector mesons in Deep Inelastic Scattering within k_t-factorization approach

Igor Ivanov|ArXiv.org|Mar 6, 2003

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 8

一句话总结

本文提出了一种基于 $k_t$-因子化的方案，用于描述深度非弹性散射中的 diffractive 向量介子产生，利用从 $F_{2p}$ 数据提取的非积分胶子分布函数来描述 $1S$、$2S$ 和 $D$-波态。该方法在 $1S$ 态上与实验数据高度一致，并揭示了激发态的显著不同行为，使得可通过闭合形式振幅实现自旋-角动量态的分析。

ABSTRACT

In this work we give a theoretical description of the elastic vector meson production in diffractive DIS developed within the k_t-factorization formalism. Since the k_t-factorization scheme does not require large values of Q^2+m_V^2, we conduct an analysis that is applicable to all values of Q^2 from photo- up to highly virtual production of vector mesons. The basic quantity in this approach -- the unintegrated gluon structure function -- was for the first time extracted from the experimental data on F_{2p}, thoroughly investigated, and consistently used in the vector meson production calculation. Moreover, by limiting ourselves to the lowest Fock state of the vector meson, we were able to construct in a closed form the theory of spin-angular coupling in the vector meson. This allowed us for the first time to address the production of a vector meson in a given spin-angular state. We performed an extensive analytical and numerical investigation of the properties of 1S, 2S, and D-wave vector meson production reactions. Treating the physical ground state vector mesons as purely 1S states, we observed a good overall agreement with all available experimental data on vector meson production. For the excited states, our analysis predicts a picture which is remarkably different from 1S-state, so that such reactions can be regarded as potential sources of new information on the structure of excited states in vector mesons.

研究动机与目标

• 开发一种基于 $k_t$-因子化的理论框架，用于描述深度非弹性散射中的 diffractive 向量介子产生。
• 从实验获得的 $F_{2p}$ 数据中提取非积分胶子结构函数，以实现向量介子产生计算中的一致应用。
• 构建向量介子自旋-角动量耦合的闭合形式理论，实现对特定自旋-角动量态产生过程的分析。
• 研究从光致产生到高虚度的全部 $Q^2$ 范围内 $1S$、$2S$ 和 $D$-波向量介子的产生。
• 将 $1S$ 态的预测结果与实验数据进行比较，并探索激发态（$2S$、$D$-波）的独特结构。

提出的方法

• 采用 $k_t$-因子化形式化方法描述向量介子产生，无需依赖大 $Q^2 + m_V^2$，从而适用于所有 $Q^2$ 范围。
• 使用一致的、现象学的方法，从 $F_{2p}$ 数据中提取非积分胶子分布函数。
• 通过轻锥波函数（LCWF）建模向量介子，采用 $q\bar{q}$ Fock 组分，使用归一化的 $S$-波和 $D$-波波函数。
• 利用简单的 $q\bar{q}V$ 顶点形式推导自旋-手征振幅，并通过衰变常数和波函数归一化引入相对论修正。
• 在动量空间上执行角平均以计算微分截面，通过三 Pomeron 顶点引入影响参数依赖性。
• 应用扭曲展开，将 $L \to L$ 振幅作为基准，以 $\Gamma(V \to e^+e^-)$ 表达结果，便于与实验数据直接比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 该 $k_t$-因子化方法如何描述所有 $Q^2$ 值（包括光致产生）下的 diffractive 向量介子产生？
• RQ2 从 $F_{2p}$ 数据中提取的非积分胶子分布函数在多大程度上能准确描述向量介子产生振幅？
• RQ3 向量介子产生中的自旋-角动量关联为何种形式？该框架中能否以闭合形式计算这些关联？
• RQ4 $1S$ 态的产生动力学与 $2S$ 和 $D$-波激发态有何不同？
• RQ5 该模型能否重现 $1S$ 向量介子的实验数据，并对激发态预测新特征？

主要发现

• 该模型在 $1S$ 向量介子的所有可用实验数据上均取得良好一致，验证了基于提取的非积分胶子分布的 $k_t$-因子化方法的有效性。
• 对于 $1S$ 态，$L \to L$ 振幅导致微分截面与 $Q^2 / m_V^2 \cdot \Gamma(V \to e^+e^-) \cdot G^2 \alpha_s^2 / (Q^2 + m_V^2)^4$ 成正比，从而可与实验数据直接比较。
• 当引入相对论修正后，$S$-波振幅对特定 $q\bar{q}V$ 顶点形式不敏感，仅在高阶扭曲振幅中存在微小差异。
• 激发态（$2S$、$D$-波）表现出与 $1S$ 态显著不同的产生动力学，表明其可作为探测激发介子结构的探针。
• 自旋-角动量振幅的闭合形式表达式首次使在特定自旋和角动量态下研究向量介子产生成为可能。
• 该模型预测对三 Pomeron 顶点参数 $B_{3\text{IP}}$ 有强烈依赖性，该参数控制截面的 $t$-依赖性，且与实验数据一致。