[论文解读] QCD corrections to J/psi polarization of hadronproduction at Tevatron and LHC

Bin Gong, Jian-Xiong Wang|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 63

一句话总结

本文使用非相对论性量子色动力学（NRQCD）因子化形式体系计算了在 Tevatron 和 LHC 上产生 J/ψ 时的下一阶修正（NLO）QCD 校正。研究发现，NLO 校正使 J/ψ 的极化从 LO 时的横向主导状态急剧转变为强纵向极化，部分解决了长期存在的理论与实验之间的差异，并凸显了对胶色八重态通道进行 NLO 校正的必要性。

ABSTRACT

The next to leading order (NLO) QCD corrections to J/psi polarization of hadronproduction at Tevatron and LHC are calculated. The results show that the J/psi polarization is extremely changed from more transversal polarization at leading order (LO) into more longitudinal polarization at NLO. Although it gives more longitudinal polarization than the recent experimental result on the J/psi polarization at Tevatron. It sheds light on the solution to the large discrepancy of J/psi polarization between theoretical predication and experimental measurement, and suggests that the next important step is to calculate the NLO correction for color octet state J/psi^{(8)} hadronproduction. Our calculations are performed in two ways where the polarizations are summed analytically or not, and they are checked with each other. It also gives a K factor for total cross section (ratio of NLO to LO) of about 2 and shows that the NLO corrections boost the J/psi production for about 2 order of magnitude in high transverse momentum p_t region of J/psi, which confirms the calculation by Campbell, Maltoni and Tramontano.

研究动机与目标

• 为解决高横动量区域 J/ψ 极化理论预测（LO）与实验测量之间长期存在的差异。
• 使用 NRQCD 因子化框架计算 Tevatron 和 LHC 上强子对撞中 J/ψ 产生的 NLO QCD 校正。
• 研究 NLO 校正如何影响 J/ψ 的极化状态，特别是从横向主导到纵向主导的转变。
• 评估真实过程 gg → J/ψc̄c 对极化和总截面的影响，并与现有结果进行比较。
• 确定下一步关键步骤：计算胶色八重态 J/ψ(8) 产生通道的 NLO 校正。

提出的方法

• 利用维度正则化处理虚修正和实修正中的紫外（UV）、红外（IR）及库仑奇点。
• 采用双截断相空间切片法分离并抵消实发射过程中的软和胶子喷射发散。
• 使用费曼图计算器（FDC）软件包，并集成新型张量与标量积分技术于维度正则化中。
• 通过密度矩阵形式体系计算极化，极化参数 α 由 J/ψ 衰变产物的角分布导出。
• 通过结合虚修正、实修正（包括 gg → J/ψc̄c）和有限减项，获得 NLO 截面。
• 通过解析与数值方法分别求和极化，确保结果的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 NLO QCD 校正如何影响 Tevatron 和 LHC 上高能强子产生过程中 J/ψ 的极化？
• RQ2 真实过程 gg → J/ψc̄c 对 NLO 下 J/ψ 极化和总截面的定量影响是什么？
• RQ3 引入 NLO 校正是否能解决 LO 理论预测与实验数据在 J/ψ 极化方面存在的差异？
• RQ4 在不同横动量区域，总截面的 K 因子（NLO/LO）如何变化？
• RQ5 胶色八重态机制在 J/ψ 产生中的作用是什么？为何其 NLO 校正确为解决极化之谜的关键？

主要发现

• NLO QCD 校正显著改变 J/ψ 的极化，使其从 LO 时的横向主导（α > 0）转变为 NLO 时高 pt 区域的强纵向极化（α ≈ -0.9）。
• 在 μr = μf = √((2mc)² + pt²) 条件下，总截面的 K 因子约为 2，表明 NLO 阶有显著增强。
• 在 pt = 50 GeV 时，J/ψ 的微分截面因 NLO 校正而增强约 2 至 3 个数量级。
• 子过程 gg → J/ψc̄c 本身产生近乎无极化的 J/ψ（α ≈ 0），将其纳入 NLO+ 计算使理论预测更接近实验结果。
• 结果确认了 Campbell 等人（2007）关于高 pt 区域 pt 分布和截面增强的发现。
• 本研究指出，对胶色八重态 J/ψ(8) 产生通道进行 NLO 校正是完全解决极化差异的下一步关键步骤。