[論文レビュー] Inclusive diffractive heavy quarkonium photoproduction including quark subprocesses

Jiayu Wu, Yanbing Cai+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 2020

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 59被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、非相対論的QCD（NRQCD）フレームワークを拡張し、クォーク始状態の過程（γq、qg、qq）を含めた、包含的強撃的重味ハイペルコア光生成の理論的記述を実施した。これにより、HERAデータとの一致が著しく向上し、LHCエネルギー下でラピディティに最大8%、横運動量に最大6%の非可視的寄与が明らかになった。クォーク過程の取り入れにより、pp、pPb、PbPb衝突におけるJ/Ψ、Ψ(2S)、Υ(1S)生成の理論的精度が向上した。

ABSTRACT

The inclusive $J/\Psi$, $\Psi(2S)$ and $\Upsilon(1S)$ direct and resolved photoproduction are investigated by including the quark subprocesses in the framework of non-relativistic quantum chromodynamics (NRQCD). We find that the theoretical total cross section of heavy quarkonium productions are in good agreement with the data available at HERA, once the $\gamma q$, $qg$ and $qq$ subprocesses in the heavy quark pair productions are taken into account. The inclusive diffractive rapidity and transverse momentum distributions of $J/\Psi$, $\Psi(2S)$ and $\Upsilon(1S)$ in $pp$, $pPb$ and $PbPb$ collisions at LHC are also studied by our quark improved NRQCD model combined with the resolved pomeron model. We find that the contributions from the quark involved subprocesses can reach to $8\%$ in the rapidity distribution and $6\%$ in the transverse momentum distribution. The numerical results show that the contributions from quark involved subprocesses are significant in heavy quarkonium photoprodution.

研究の動機と目的

• クォーク始状態の過程を含めることで、包含的強撃的重味ハイペルコア光生成の理論的予測を改善すること。
• 直接的および解体的光生成メカニズムにおける、γq、qg、qq過程の重要性を評価すること。
• 解体的ゴムポメロン交換を用いた拡張NRQCDモデルを、HERAおよびLHCの実験的データと照合して検証すること。
• 高エネルギー強子衝突におけるラピディティおよび横運動量分布に及ぼすクォーク過程の影響を定量化すること。

提案手法

• 重味ハイペルコア生成を記述するために、非相対論的QCD（NRQCD）の因子化フレームワークを用いた。
• 以前に研究済みのグルーオン-グルーオン過程に加え、クォーク始状態の過程（γq → Q̄Qq、qg → Q̄Qq、qq̄ → Q̄Qg）を組み込んだ。
• pp、pPb、PbPb衝突におけるLHCエネルギー下の強撃的過程を記述するために、解体的ゴムポメロンモデルを用いた。
• 短距離生成の行列要素は、Leading Orderで計算した。長距離行列要素は、ハドロ生成データへのグローバルフィットから抽出した。
• 直接的および解体的光生成チャネルにおけるJ/Ψ、Ψ(2S)、Υ(1S)の理論的断面積を計算した。
• 数値的結果をHERAデータおよびLHC測定値と比較し、モデルの妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HERAにおける包含的強撃的重味ハイペルコア光生成において、クォーク始状態の過程がどのように寄与するか？
• RQ2 LHCエネルギー下で、γq、qg、qq過程がJ/Ψ、Ψ(2S)、Υ(1S)のラピディティおよび横運動量分布にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ3 クォーク過程の取り入れにより、NRQCDの予測とHERAおよびLHCの実験的データとの一致が向上するか？
• RQ4 強撃的光生成におけるクォーク過程とグルーオン過程の相対的寄与はどの程度か？
• RQ5 異なる衝突系（pp、pPb、PbPb）において、クォーク過程の寄与はどのように変化するか？

主な発見

• クォーク過程（γq、qg、qq）の取り入れにより、J/Ψ、Ψ(2S)、Υ(1S)の光生成に関して、理論的予測とHERAデータとの一致が著しく向上した。
• ラピディティ分布において、LHCエネルギー下のpp、pPb、PbPb衝突でクォーク過程が最大8%の寄与を示した。
• 横運動量分布において、LHCエネルギー下でクォーク過程が最大6%の寄与を示し、非可視的効果が確認された。
• 解体的ゴムポメロンモデルとクォークを改善したNRQCDフレームワークを組み合わせることで、複数の衝突系における強撃的光生成を一貫して記述できた。
• 結果から、クォーク過程は無視できないものであり、重味ハイペルコア生成の正確な理論的モデル化には不可欠であることが示された。
• モデルはHERAおよびLHCの両方の実験的傾向をうまく再現できており、拡張NRQCDアプローチの妥当性が裏付けられた。