[论文解读] Valence Quark and Gluon Distributions of Kaon from J/Psi Production

J. C. Peng, W. C. Chang+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 2, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本文表明，现有的 NA3 $J/\psi$ 产生数据在奇异夸克束流中提供了独立的实验证据，表明 $K^{-}$ 中价 $ar{u}$ 夸克分布比 $/pi^{-}$ 更软，这与先前的 Drell-Yan 数据一致。此外，$K^{+}/\pi^{+}$ $J/\psi$ 产生比值表明，与中性子相比，奇异夸克中的胶子成分更高，为通过强相互作用过程探测奇异夸克部分子分布提供了新途径。

ABSTRACT

The only experimental information on the parton distribution of kaons was obtained from the scarce kaon-induced Drell-Yan cross section data. From these data, evidence for a valence $u$ quark distribution of kaon softer than that of pion was found. We study the feasibility to extract kaon's valence quark distribution via the existing kaon-induced J/psi production data. We compare the NA3 data on the K- / pi- and K+ / pi+ ratios for J/psi production on a platinum target with theoretical calculations based on the color-evaporation model. We show that the NA3 data on J/psi production provide an independent evidence for a valence $u$ quark distribution softer in kaon than in pion. The data also suggest different gluon distributions for kaon and pion.

研究动机与目标

• 评估从 $J/\psi$ 产生数据中提取奇异夸克价夸克和胶子分布的可行性，作为 Drell-Yan 过程的替代方法。
• 检验 $J/\psi$ 在核靶上的产生是否能为奇异夸克中味依赖的价夸克分布提供独立证据。
• 研究 $K^{+}/\pi^{+}$ $J/\psi$ 比值对奇异夸克中胶子和海夸克分布的敏感性。
• 评估 $J/\psi$ 产生作为 Drell-Yan 的补充工具，在探测轻强子部分子结构方面的潜力。

提出的方法

• 本研究将 NA3 实验中 $K^{-}/\pi^{-}$ 和 $K^{+}/\pi^{+}$ $J/\psi$ 产生比值的实验数据，与基于色蒸发模型的理论计算进行比较。
• 理论预测基于 leading-order (LO) 和 next-to-leading-order (NLO) 截面表达式，使用 SMRS 和 CTEQ5L 的强子与核子部分子分布函数 (PDFs)。
• 采用修正的参数化形式 $\bar{u}^{V}_{K}(x) = N_{u} \bar{u}^{V}_{\pi}(x)(1-x)^{a}$ 来建模 $K^{-}$ 中更软的价 $ar{u}$ 分布，其中 $a = 0.203$，同时保持价夸克和规则。
• 对于 $K^{+}$，该模型探讨了对胶子和海夸克分布的修改，将胶子分数从 40% 提高到 45%，海夸克分数从 15% 降低到 10%，并保持函数形式不变。
• 通过分析 $K^{+}/\pi^{+}$ 比值，评估其对胶子分布差异的敏感性，因为 $q\bar{q}$ 湮灭被抑制，而 $gg$ 融合占主导。
• 分析使用 DYNNLO 代码进行 NLO 修正，结果表明 LO 计算已足够，因为对比值 $R$ 的高阶效应极小。

实验结果

研究问题

• RQ1 $J/\psi$ 产生数据能否为 $K^{-}$ 中价 $ar{u}$ 夸克分布比 $\pi^{-}$ 更软提供独立证据？
• RQ2 $K^{+}/\pi^{+}$ $J/\psi$ 产生比值是否对奇异夸克中的胶子分布敏感？
• RQ3 $J/\psi$ 产生数据在多大程度上约束了奇异夸克中的胶子和海夸克分布？
• RQ4 $K^{+}+$ Pt 中的 $J/\psi$ 产生机制与 $K^{-}+$ Pt 相比，其主导部分子子过程有何不同？
• RQ5 $K^{+}/\pi^{+}$ 比值能否用于提取强子中胶子分布味依赖性的信息？

主要发现

• NA3 $K^{-}/\pi^{-}$ $J/\psi$ 比值数据在大 $x_{1}$ 处显示出明显下降，表明 $K^{-}$ 中价 $ar{u}$ 夸克分布比 $\pi^{-}$ 更软，与 $(1-x)^{0.203}$ 抑制因子一致。
• $K^{-}/\pi^{-}$ 数据与 $K^{-}$ 和 $\pi^{-}$ 具有相同价夸克分布的假设不一致，且采用修正 $\bar{u}^{V}_{K}(x)$ 分布的 LO 计算显著更符合实验数据。
• $K^{+}/\pi^{+}$ $J/\psi$ 比值数据比假设 PDF 相同的理论预测高出 10–15%，表明 $K^{+}$ 中的胶子成分高于 $\pi^{+}$。
• 将 $K^{+}$ 的胶子分布提高 12%，使其动量分数从 40% 提高到 45%，可使理论预测与 $K^{+}/\pi^{+}$ 数据一致。
• $K^{+}/\pi^{+}$ 比值对价夸克分布修改不敏感，因为 $gg$ 融合远超 $q\bar{q}$ 湮灭占主导，凸显了胶子在 $K^{+}$ 引发的 $J/\psi$ 产生中的作用。
• 结果表明，$J/\psi$ 产生是提取奇异夸克中价夸克和胶子分布的有力探针，尤其在 Drell-Yan 数据有限时更具优势。