[论文解读] $J/ψ$ Photoproduction and the Gluon Structure of the Nucleon

Dmitri E. Kharzeev, Helmut Satz+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文基于算符乘积展开的短距离QCD方法，计算了$J/\psi$的光致产生截面，直接将其与核子的胶子分布函数联系起来。作者发现理论预测与实验数据吻合良好，证实了从深度非弹性散射提取的胶子分布的$x$-依赖性能够准确描述$J/\psi$光致产生动力学。

ABSTRACT

Using short distance QCD methods based on the operator product expansion, we calculate the $J/ψ$ photoproduction cross section in terms of the gluon distribution function of the nucleon. Comparing the result with data, we show that experimental behaviour of the cross section correctly reflects the $x$-dependence of the gluon distribution obtained from deep inelastic scattering.

研究动机与目标

• 研究$J/\psi$光致产生与核子胶子分布函数之间的关联。
• 检验从深度非弹性散射中提取的胶子分布的$x$-依赖性是否能准确描述$J/\psi$光致产生截面。
• 应用短距离QCD技术，特别是算符乘积展开（OPE），计算光致产生截面。
• 将理论预测与实验数据进行比较，以验证胶子结构模型。
• 为强子结构函数与独家光致产生过程之间的联系提供现象学框架。

提出的方法

• 计算采用基于算符乘积展开（OPE）的短距离QCD方法，以计算$J/\psi$光致产生的振幅。
• 截面以给定因子化尺度$\mu^2$下的核子胶子分布函数$G(x,\mu^2)$表示。
• OPE使得短距离动力学（硬散射）与长距离矩阵元（胶子分布）得以分离。
• 理论预测基于$\alpha_s$的微扰QCD，采用Leading Order（LO）近似。
• 模型假设$J/\psi$通过硬散射过程中的胶子-胶子融合产生。
• 结果与ep对撞机实验数据进行比较，以检验其与胶子分布的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 从深度非弹性散射中提取的胶子分布函数的$x$-依赖性是否能正确描述$J/\psi$光致产生截面？
• RQ2 在QCD中，算符乘积展开是否能准确预测硬散射区域的$J/\psi$光致产生截面？
• RQ3 实验观测到的$J/\psi$光致产生行为在多大程度上反映了核子的深层胶子结构？
• RQ4 胶子分布函数是否可作为高能下独家光致产生过程的可靠输入？
• RQ5 基于短距离QCD方法的理论预测与测量的$J/\psi$光致产生截面的符合程度如何？

主要发现

• 基于OPE和胶子分布函数的$J/\psi$光致产生截面理论预测与实验数据表现出良好一致性。
• 从深度非弹性散射中确定的胶子分布函数的$x$-依赖性，能够正确再现$J/\psi$光致产生中观测到的$x$-依赖性。
• 一致性结果支持了算符乘积展开方法在独家光致产生过程中的有效性。
• 结果证实，胶子分布函数是决定核子中$J/\psi$光致产生率的关键因素。
• 本研究为核子的胶子结构主导$J/\psi$光致产生动力学提供了现象学证据。
• 在$\alpha_s$的Leading Order下进行的截面计算成功捕捉了数据的主要特征，表明QCD框架具有鲁棒性。