[論文レビュー] Higher-order corrections to exclusive production of charmonia at B factories

Ying Fan, Jungil Lee+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 10, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 14被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、非摂動的量子色力学（NRQCD）因子化を用いて、Bファクトリーにおける励起状態のチャームハドロン生成過程 $e^{+}e^{-} \to \eta_c + \gamma$ および $e^{+}e^{-} \to J/\psi + J/\psi$ の高次の量子色力学（QCD）および相対論的補正を計算している。相対論的補正を $v$（charm クォークの相対速度の半分）のすべての次数にわたって再帰的に整理し、次-leading order（NLO）QCD補正を含めることで、$J/\psi + \eta_c$ に関して既存のデータと整合する予測が得られ、将来のスーパーBファクトリーでの実験で検証可能である。

ABSTRACT

As a test of the color-singlet mechanism of the nonrelativistic QCD (NRQCD) factorization approach, we consider the exclusive two-quarkonium productions in electron-positron annihilation e+ e- -> eta_c + gamma and e+ e- -> J/psi + J/psi at B factories. The cross sections are computed to the next-to-leading order in alpha_s and are resummed to all orders in half the relative velocity v of the charm quark in each meson rest frame. The available theoretical prediction of the cross section for e+ e- -> J/psi + eta_c at the same level of theoretical accuracies is consistent with the available experimental data. Those for e+ e- -> eta_c + gamma and e+ e- -> J/psi + J/psi that are computed new in this work can be tested against the data from future super B factories.

研究の動機と目的

• Bファクトリーにおける $e^{+}e^{-}$ 衝突における2クォークonium生成過程の高次の補正を計算することで、NRQCDのカラースリム状態メカニズムを検証すること。
• 未観測の $e^{+}e^{-} \to \eta_c + \gamma$ および $e^{+}e^{-} \to J/\psi + J/\psi$ の理論的予測を向上させ、将来のスーパーBファクトリーで測定可能であるようにすること。
• $v$ のすべての次数にわたる相対論的補正の再帰的整理とNLO QCD補正を組み合わせ、より正確な断面積予測を得ること。
• 非摂動的QCDの長距離行列要素（LDME）の普遍性を、励起状態のクォークonium生成過程において検証するための枠組みを提供すること。

提案手法

• 短距離係数と長距離行列要素（LDME）の積として断面積を表現するNRQCD因子化アプローチを用いる。
• 真空飽和近似を用いて、$v$（charm クォークの相対速度の半分）のすべての次数にわたる相対論的補正を再帰的に整理する。
• $e^{+}e^{-} \to \eta_c + \gamma$ および $e^{+}e^{-} \to J/\psi + J/\psi$ の過程における $\alpha_s$ の次次-leading order（NLO）QCD補正を計算する。
• ベクトルメソン優位性（VMD）法を光子フラグメンテーション図に適用し、相対論的補正とQCD補正を自動的に含める。
• 再帰的整理された相対論的補正とNLO QCD補正を組み合わせ、干渉項を考慮して負の断面積を回避する。
• LDMEを電磁放射衰え（$J/\psi \to \ell^+\ell^-$、$\eta_c \to \gamma\gamma$）から決定した値を入力とし、$v^4$ 次数で真空飽和近似の下で普遍性を仮定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Bファクトリーにおける $e^{+}e^{-} \to \eta_c + \gamma$ 生成の断面積に、相対論的補正とQCD補正がどのように影響を与えるか。
• RQ2 $v$ のすべての次数にわたる相対論的補正の再帰的整理が、$e^{+}e^{-} \to J/\psi + J/\psi$ の断面積予測に与える影響は何か。
• RQ3 NLO QCD補正と再帰的整理された相対論的補正の組み合わせによって、$J/\psi + J/\psi$ 生成の正かつ信頼できる予測が得られるか。
• RQ4 $e^{+}e^{-} \to \eta_c + \gamma$ および $e^{+}e^{-} \to J/\psi + J/\psi$ の予測が、既存のデータおよび実験的上限とどのように一致するか。
• RQ5 相対論的補正とQCD補正の干渉項は、特に $J/\psi + J/\psi$ チャネルにおいて、断面積予測の安定化にどの程度寄与するか。

主な発見

• NLO $\alpha_s$ 補正と再帰的整理された相対論的補正を含む理論的予測は、BelleおよびBABARの実験データと不確かさの範囲内で整合している。
• $e^{+}e^{-} \to \eta_c + \gamma$ の断面積は、再帰的整理された相対論的補正とNLO QCD補正を含むと、$\mu = 2m_c$ で 55.1 fb と予測される。
• $e^{+}e^{-} \to J/\psi + J/\psi$ の全断面積は、1.69 ± 0.35 fb と予測され、Belleの上限9.1 fb よりも著しく小さい。
• 相対論的補正の再帰的整理により、断面積はLeading-order推定値から58%減少し、非摂動的効果が顕著であることが示された。
• $J/\psi + J/\psi$ のNLO QCD $K$-要因は小さく（約 0.057 から 0.077）、$m_c$ と $\mu$ に強く依存しており、入力パラメータへの感受性が強い。
• 相対論的補正とQCD補正の干渉項は正であり、特に $J/\psi + J/\psi$ チャネルにおいて、負の値をとる可能性を低減する安定化作用を果たす可能性がある。