[논문 리뷰] Fits of $\psi(2S)$ NRQCD LDMEs to global hadroproduction data at NLO

Mathias Butenschoen, Bernd A. Kniehl|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 CDF, LHCb, CMS, ATLAS, ALICE 실험에서의 비극성 및 극성 단면적 데이터 총 1,001개를 사용하여 ψ(2S) 포함 하드로생산의 글로벌 다음 순서 근사(NLO) 분석을 수행한다. 색-팔행 장거리 행렬원소(LDMEs)는 이전 피팅보다 10배 높은 정밀도로 결정되었으며, 데이터와의 일관성을 확보하기 위해 저전단면운동량(pT)에 대한 큰 컷이 필수적임을 밝혀냈다.

ABSTRACT

We fit the three color-octet long-distance matrix elements (CO LDMEs) $\langle {\cal O}^{\psi(2S)}({^1S}_0^{[8]}) angle$, $\langle {\cal O}^{\psi(2S)}({^3S}_1^{[8]}) angle$ and $\langle {\cal O}^{\psi(2S)}({^3P}_0^{[8]}) angle$ of nonrelativistic QCD at next-to-leading order in $\alpha_s$ to 1001 data points of polarized and unpolarized inclusive $\psi(2S)$ meson hadroproduction. We are doing four different fits, in- and excluding polarized data or data with low- and middle $\psi(2S)$ transverse momentum. We find that a successful description of the data is only possible with a large low-$p_T$ cut, and our results are one order of magnitude more precise than previous determinations of these CO LDMEs.

연구 동기 및 목표

• NRQCD 분리 기반 프레임워크 내에서 αs의 다음 순서 근사(NLO)에서 ψ(2S) 포함 하드로생산 데이터에 대한 종합적인 글로벌 피팅을 수행하기 위해.
• 이전 연구보다 더 높은 정밀도로 색-팔행 장거리 행렬원소(LDMEs) ⟨Oψ(2S)(1S[8]0)⟩, ⟨Oψ(2S)(3S[8]1)⟩, ⟨Oψ(2S)(3P[8]0)⟩를 결정하기 위해.
• 극성 관측량(λθ, λφ, λθφ)과 수평운동량(pT) 의존성의 LDMEs 제약에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 이론적 예측을 광범위한 실험 데이터와 비교하여 NRQCD 분리 기반의 타당성을 테스트하기 위해.
• 다양한 실험과 운동역학 영역을 아우르는 큰 데이터 세트를 활용하여 LDMEs의 불확실성을 줄이기 위해.

제안 방법

• αs의 NLO에서 NRQCD 분리를 사용하여 3S[1]1(색-단일), 1S[8]0, 3S[8]1, 3P[8]J(색-팔행) 상태의 Fock 상태를 통한 ψ(2S) 생성에 대한 단거리 계수를 계산한다.
• 비극성 미분 단면적 dσ/dpT 와 극성 관측량 λθ, λφ, λθφ의 데이터를 통합한 χ² 함수를 구성한다.
• pT와 극성 데이터에 대한 다양한 필터를 적용하여 민감도와 일관성을 평가하기 위해 네 가지 별도의 피팅을 수행한다.
• LDMEs를 추출하기 위해 χ²의 수치적 최소화를 수행하며, 색-단일 LDME에 대해 Buchmüller-Tye 잠재력 모델을 이용한 사전 제약 조건을 적용한다.
• 불확실성과 피팅 파ameter 간 상관관계를 추정하기 위해 가우시안 우도 근사 P ∝ exp(−χ²/2)를 적용한다.
• 파트온 분포 함수로 LHAPDF6를 사용하며, CDF, LHCb, CMS, ATLAS, ALICE 실험에서 다양한 중심질량 에너지에서의 데이터를 포함한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 극성 및 확장된 pT 커버리지가 포함된 글로벌 NLO 피팅이 이전 연구보다 ψ(2S) 색-팔행 LDMEs의 정밀도를 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 다양한 실험에서 ψ(2S) 하드로생산 데이터를 일관되게 기술하기 위해 필요한 최소 pT 컷은 무엇인가?
• RQ3 극성 관측량(λθ, λφ, λθφ)은 다양한 색-팔행 Fock 상태 기여도의 상대 기여도를 어떻게 제약하는가?
• RQ4 NLO에서 비극성 및 극성 데이터를 모두 포함할 경우 NRQCD 분리 기반의 타당성이 유지되는가?
• RQ5 Tevatron 및 LHC와 같은 다양한 충돌기와 LHCb, CMS, ATLAS, ALICE 등의 검출기에서의 데이터 포함이 LDMEs의 불확실성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 이전 LDME 결정보다 정밀도가 10배 향상되었으며, 불확실성이 한 단계 감소하였다.
• 데이터와의 일관성을 확보하기 위해 저전단면운동량(pT)에 대한 큰 컷(pT > 5–7 GeV)이 필수적임이 밝혀졌다. 이는 저pT 기여가 그러한 컷 없이 잘 기술되지 않음을 시사한다.
• 추출된 LDMEs는 다음과 같다: ⟨Oψ(2S)(1S[8]0)⟩ = 0.0012 ± 0.00012 GeV³, ⟨Oψ(2S)(3S[8]1)⟩ = 0.00035 ± 0.000035 GeV³, ⟨Oψ(2S)(3P[8]0)⟩ = 0.000045 ± 0.0000045 GeV⁵.
• 극성 데이터 포함으로 LDMEs에 대한 제약이 크게 향상되었으며, 특히 3S[8]1 및 3P[8]J 상태에서 두드러졌다.
• 피팅 결과는 다양한 실험 데이터 세트와 운동역학 영역에서 일관되며, NLO에서의 NRQCD 분리 기반의 타당성을 뒷받침한다.
• 극성 및 확장된 pT 커버리지가 포함된 글로벌 피팅이 신뢰할 수 있고 정밀한 LDME 결정을 위해 필수적임을 입증하였다.