[논문 리뷰] On relevance of triple gluon fusion in $J/ψ$ hadroproduction

Leszek Motyka, Mariusz Sadzikowski|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 20.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 $k_T$-요약론적 프레임워크 내에서 $J/\psi$ 하드로생산에서 비주류 타원수 메커니즘으로서 삼중 글루온 융합을 조사하며, 소규모 $x$에서의 이중 글루온 밀도 증가가 단면적을 크게 증가시킨다는 것을 보여준다. 이 메커니즘이 테바트론과 LHC 에너지에서 주류 타원수 예측에 상당한 보정을 제공하며, 특히 중간 $p_T$ 영역에서 그렇다고 밝히고, 이 효과를 탐지하기 위해 $pA$ 충돌을 제안한다.

ABSTRACT

A contribution to $J/ψ$ hadroproduction is analyzed in which the meson production is mediated by three-gluon partonic state, with two gluons coming from the target and one gluon from the projectile. This mechanism involves double gluon density in one of the protons, hence this contribution enters at a non-leading twist. It is, however, relevant due to an enhancement factor coming from large double gluon density at small~$x$. We calculate the three-gluon contribution to $J/ψ$ hadroproduction within perturbative QCD in the $k_T$-factorization framework. Results are obtained for differential $p_T$-dependent cross-sections for all $J/ψ$ polarizations and for the sum over the polarization components. The rescattering contribution is found to provide a significant correction to the standard leading twist cross-section at the energies of the Tevatron or the LHC at moderate $p_T$. We suggest $J/ψ$ production in proton-nucleus collision as a possible probe of the triple gluon mechanism.

연구 동기 및 목표

• 고에너지에서 두 글루온이 한 프로톤에서, 나머지 한 글루온이 다른 프로톤에서 온다는 조건에서 삼중 글루온 융합의 $J/\psi$ 하드로생산에서의 중요성을 평가하기 위해.
• 소규모 $x$에서 큰 이중 글루온 밀도로 인해 강화되는 비주류 타원수 메커니즘이 $J/\psi$ 단면적에 상당한 기여를 하는지 조사하기 위해.
• 이 메커니즘이 $J/\psi$의 미분 $p_T$-의존 단면적과 극화 상태에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 삼중 글루온 융합 효과를 관찰하기 위한 잠재적 실험적 탐지 수 Mittel로 양성자-핵 충돌을 제안하기 위해.
• $k_T$-요약론적 프레임워크 내에서 삼중 글루온 기여를 표준 주류 타원수 및 색 옥텟 모델 예측과 비교하기 위해.

제안 방법

• 비가역 양자 색역학을 사용하여 $k_T$-요약론적 프레임워크 내에서 삼중 글루온 융합 기여를 계산하며, 통합되지 않은 파arton 밀도를 포함한다.
• 네 파arton 영향 인자와 횡방향 운동량 의존 글루온 분포를 포함한 인자화된 형태를 통해 $pp \to J/\psi + X$의 미분 단면적을 유도한다.
• 소규모 $x$에서의 이중 글루온 밀도 증가를 모델링하기 위해 CCFMA0 통합되지 않은 글루온 밀도를 사용한다.
• 모든 $J/\psi$ 극화 상태와 그 합계(횡방향 및 종방향 성분 포함)의 단면적을 평가한다.
• 4파arton 진폭의 색순서 분해를 통해 세 가지 색 구조로 나누며, 계산을 단순화하기 위해 주요 항만 유지한다.
• 유도된 단면적의 공액한 극한을 표준 주류 타원수 결과와 일치시켜 정규화 상수를 고정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 테바트론과 LHC 에너지에서 삼중 글루온 융합이 $J/\psi$ 하드로생산에 얼마나 기여하는가?
• RQ2 비주류 타원수임에도 불구하고 소규모 $x$에서의 이중 글루온 밀도 증가가 삼중 글루온 융합 진폭을 어떻게 강화하는가?
• RQ3 삼중 글루온 기여의 $p_T$-의존성은 주류 타원수 및 색 옥텟 모델 예측과 비교하여 어떻게 되는가?
• RQ4 $pA$ 충돌에서의 $J/\psi$ 생성은 삼중 글루온 융합 메커니즘을 깔끔한 탐지 수 Mittel로 사용할 수 있는가?
• RQ5 삼중 글루온 융합에서 유도된 $J/\psi$의 극화 성질은 실험 데이터 및 다른 이론 모델과 비교하여 어떻게 되는가?

주요 결과

• 삼중 글루온 융합 메커니즘은 중간 $p_T$ 값에서 $J/\psi$ 하드로생산의 표준 주류 타원수 단면적에 상당한 보정을 제공한다.
• 비주류 타원수 성격에도 불구하고 소규모 $x$에서의 이중 글루온 밀도 관련 요인으로 인해 기여가 증폭된다.
• $k_T$-요약론적 프레임워크 내에서 $pp \to J/\psi + X$의 미분 단면적이 계산되었으며, 실험적 경향과 일치하는 비선형적 $p_T$-의존성이 나타난다.
• 진폭에서 주요 색 구조는 $t$-채널 교환에 해당하며, $\delta^{a_1a_2}\delta^{a_3a_4}$ 구성으로, 나머지 항들은 $1/N_c^2$ 또는 위상공간에 의해 억제된다.
• 정규화 상수 $\mathcal{N}$는 공액한 극한을 표준 부분입자 단면적과 일치시켜 고정되어 있으며, 알려진 QCD 결과와의 일관성을 확보한다.
• 이 연구는 핵에서의 글루온 밀도 증가로 인해 $pA$ 충돌이 삼중 글루온 융합 메커니즘을 고립하고 시험하기 위한 유망한 환경을 제공한다고 제안한다.