[論文レビュー] Exclusive double quarkonium production and generalized TMDs of gluons

Shohini Bhattacharya, Andreas Metz+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2018

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、バリオン-バリオン衝突における排他的な二重重味クォークン生成（ηc もしくは ηb）が、グルーオンの一般化された横運動量依存性部分素粒子分布（GTMDs）の新しいプローブであると提案する。LOの摂動的QCDと偏極観測量を用いて、GTMD $F_{1,4}$ が特定の干渉項を通じてアクセス可能であることを示し、一方 $G_{1,1}$ は現在の観測量では実験的に困難であるが、初期状態の両方のバリオンの偏極を考慮すれば感度が向上する可能性がある。

ABSTRACT

Being the "mother distributions" of all types of two-parton correlation functions, generalized transverse momentum dependent parton distributions (GTMDs) have attracted a lot of attention over the last years. We argue that exclusive double production of pseudoscalar quarkonia ($η_c$ or $η_b$) in nucleon-nucleon collisions gives access to GTMDs of gluons.

研究の動機と目的

• 現在測定が困難であるグルーオンの一般化された横運動量依存性部分素粒子分布（GTMDs）への新たな実験的アクセスチャネルを確立すること。
• 特に $F_{1,4}$ と $G_{1,1}$ を含む特定のグルーオンGTMDsが、バリオン-バリオン衝突における排他的な二重クォークン生成を通じて測定可能かどうかを検討すること。
• GTMDの実部と虚部、特にパートオンの軌道的角運動量に関連する $F_{1,4}$ を分離するのに役立つ偏極観測量を同定すること。
• さまざまな偏極設定（例：片方のバリオンのみ偏極 vs. 両方のバリオンを偏極）が、異なるGTMD成分に与える感度を評価すること。

提案手法

• パーカッション的QCD（LO）を用いて、バリオン-バリオン衝突における排他的な二重クォークン生成を分析し、スカラーオン（ηc もしくは ηb）を対象とする。
• グルーオンのGTMDsを定義するために、非フォワードグルーオン-グルーオン相関関数を用い、特にバリオンスピン構造に関連する $F_{1,4}$ と $G_{1,1}$ を主なターゲットとする。
• 初期状態の1つのバリオンのスピン定量化軸と、最終状態のバリオンの再衝撃偏極測定を組み合わせた偏極観測量を構築し、GTMD間の干渉項を調べる。
• 微分断面積の角度依存性（φ）を分析し、特に $F_{1,4}$ 関連項の虚部を抽出する情報を得る。
• $F_{1,4}$ と $G_{1,1}$ をそれぞれ実部と虚部の観点からアクセスするため、観測量 $\frac{1}{2}(\tau_{UL} + \tau_{LU})$ とその実部対応物 $\frac{1}{2}(\tau_{XY} - \tau_{YX})$ を考案する。
• GTMDの階層構造を適用し、$F_{1,1}$ に強く結合する項が支配的であるため、$F_{1,4}$ 項目が $G_{1,1}$ 項目よりも顕著に大きいと主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バリオン-バリオン衝突におけるスカラーオンクォークンの排他的な二重生成は、グルーオンのGTMDsにアクセス可能か？
• RQ2 この過程において、偏極観測量を通じて、どの特定のGTMDs—$F_{1,4}$ か $G_{1,1}$ か—をプローブできるか？
• RQ3 虚部 $F_{1,4}$ はアクセス可能か？また、実部は他の偏極観測量を用いて抽出可能か？
• RQ4 $G_{1,1}$ への感度は、初期状態の両方のバリオンを偏極することで向上するか？
• RQ5 異なるGTMD間の干渉項は、測定可能な断面積の非対称性にどのように影響するか？

主な発見

• バリオン-バリオン衝突における排他的な二重クォークン生成は、摂動的QCDのLOで、グルーオンGTMDsをプローブする実現可能なチャネルであり、特にERBL領域で有効である。
• 偏極観測量 $\frac{1}{2}(\tau_{UL} + \tau_{LU})$ は、積 $\vec{\beta}_{\perp} \cdot \vec{k}_{a\perp} \, F_{1,4}(x_a, \vec{k}_{a\perp}) \, F_{1,1}(x_b, \vec{k}_{b\perp})$ の虚部にアクセス可能であり、$F_{1,4}$ がこの干渉項を通じて研究可能であることを示している。
• 観測量 $\frac{1}{2}(\tau_{XY} - \tau_{YX})$ は、$F_{1,4}$ の実部を抽出可能であり、これは現在のGTMDの素描的研究における主な関心事である。
• $F_{1,1}$ に結合する項の支配的性質により、$F_{1,4}$ 項目の寄与は $G_{1,1}$ 関連項よりも顕著に大きく、実験的により容易にアクセス可能であると予想される。
• 初期状態の片方のバリオンのみを偏極する現在の設定では、$G_{1,1}$ を分離するのに十分な感度がないが、両方のバリオン（$N_a$ と $N_b$）を偏極することで、$G_{1,1}$ へのアクセスが可能になる可能性がある。
• 断面積の角度依存性（φ）は、$F_{1,4}$ と $G_{1,1}$ 項目の寄与を分離するのに役立たない。両者の外部依存性が同一であるため、代替の観測量の必要性が強化される。