[논문 리뷰] Digluon contribution to $J/\psi$ production

Iván Schmidt, Marat Siddikov|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 85인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서의 양성자-양성자 충돌에서 글루온의 더블 파트온 분포(DPDFs)가 프롬프트 J/ψ 생성에 기여하는 바를 조사한다. kT-팩터라이제이션 프레임워크를 사용하여, 동일한 양성자에서 온 두 글루온이 J/ψ를 형성하는 '더블 글루온 메커니즘'이 큰, 억제되지 않은 보정을 제공함을 보여주며, 이는 높은 횡방향 운동량(pT) 영역에서 최대 20%까지 도달한다. 이는 전통적인 색-싱เก트론 및 색-옥테트 모델에 대비되는 보완 메커니즘을 제공한다.

ABSTRACT

In this paper we study the contribution of the double parton distributions of gluons to the charmonium production. Despite being suppressed in the heavy quark mass limit, numerically this contribution gives a sizeable correction to the leading order $k_{T}$ factorization result in LHC kinematics due to enhancement of gluonic densities in the small Bjorken $x_{B}$ limit. This contribution is not suppressed at large $J/\psi$ momenta $p_{T}$ and thus presents one of the complementary mechanisms of charmonia production in this kinematics.

연구 동기 및 목표

• 더블 파트온 분포(DPDFs)가 J/ψ 하드로생산에서 수행하는 역할을 평가하는 것.
• DPDF에 의해 유도되는 과정이 고pT 운동역학에서 주로 계산된 kT-팩터라이제이션 결과에 유의미한 보정을 제공하는지 평가하는 것.
• 기존의 양성자-양성자 충돌에서의 고pT 영역에서 표준 양자 chromodynamics 보정이 억제되는 것과는 달리, 이 기여가 여전히 크기가 큰지 여부를 판단하는 것.
• 색-싱게틀론 및 색-옥테트 모델에 대한 보완 메커니즘으로서 DPDF의 잠재력을 탐색하는 것.

제안 방법

• 무통합 글루온 분포(uPDFs)를 포함하여, J/ψ 생성의 단면적을 계산하기 위해 kT-팩터라이제이션 프레임워크를 채택한다.
• 동일한 양성자에서 온 두 글루온(DPDF를 통해)이 융합하여 J/ψ를 생성하고, 추가로 글루온을 방출하는 반응을 모델링한다.
• 글루온 분포의 확률적 해석을 보장하기 위해, 글루온 극화 벡터에 대해 경로상의 게이지(A+ = 0)를 사용한다.
• 모든 중간자 글루온 정점의 순열을 포함하여, 페인만 다이어그램을 FeynCalc 패키지를 사용해 평가한다.
• 재정규화 스케일을 µ = √(M²J/ψ + p²T)로 고정하고, J/ψ 정점에 대해 표준 NRQCD 근사를 사용한다.
• 편광되지 않은 양성자만 고려하므로, 횡방향 편광이 필요한 간섭항은 무시한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC 에너지에서 kT-팩터라이제이션 프레임워크 내에서 더블 글루온 기여가 J/ψ 생성에 얼마나 큰가?
• RQ2 높은 pT에서 더블 글루온 메커니즘이 주로 계산된 CSM과 고차수 DPDF 메커니즘에 비해 크기적으로 어떻게 비교되는가?
• RQ3 표준 고차수 보정과는 달리, 왜 더블 글루온 기여는 높은 횡방향 운동량 영역에서 억제되지 않는가?
• RQ4 글루온의 DPDF가 고pT 운동역학에서 J/ψ 생성에 크고, 억제되지 않은 보정을 제공할 수 있는가?
• RQ5 소규모 xB 영역에서 글루온 밀도 증가가 이 메커니즘에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• LHC 운동역학에서 더블 글루온 기여는 주로 계산된 kT-CSM 예측의 최대 20%까지 도달한다.
• 표준 고차수 보정과는 달리, 이 기여는 고pT 영역에서 억제되지 않으며, 고pT 찍힘 양성자 생성에서 중요한 메커니즘이다.
• 이 메커니즘은 고밀도 글루온 분포로 인해 소규모 xB(포화) 영역에서 단면적을 증가시키는 더블 파트온 분포(DPDF)에서 기인한다.
• 이 기여는 빠르기 역전 대칭성을 보이며, 두 양성자에서 동일한 기여를 하며, dσJ/ψ(y) = dσgg+g→J/ψ g(y) + dσgg+g→J/ψ g(−y)로 표현된다.
• 형식적으로 주로 계산된 CSM에 비해 O(αs)로 억제되지만, 소규모 xB 영역에서 증가된 글루온 밀도로 인해 수치적으로 지배적이다.
• 편광되지 않은 양성자에서는 주로 계산된 다이어그램과의 간섭항이 무시 가능하며, 이는 하나 이상의 양성자가 횡방향 편광되어 있을 때에만 기여한다.