[论文解读] B-meson production in p\\bar p collisions at Tevatron with k_T-factorization

S. P. Baranov, A. V. Lipatov+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 19, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

该论文采用 $k_T$-因子化QCD方法研究顶夸克对撞机中 $b$-夸克与 $B$-介子的产生，利用非积分胶子分布（UGD）描述具有横动量依赖性的部分子反应。结果与 D\O 和 CDF 实验数据在 $b$ 夸克、$B$ 介子及衰变底夸克的截面方面表现出良好一致性，尤其在 JB 和 KMS UGD 参数化下表现优异，并对顶夸克对撞机与 LHC 的 muon-muon 和 muon-jet 截面进行了理论预测。

ABSTRACT

In the framework of the k_T-factorization QCD approach we consider the production of b quark pairs in p\\bar p collisions at the Fermilab Tevatron. We investigate the dependence of the b quark, B meson and decay muon differential cross sections on the different forms of unintegrated gluon distributions. The analysis also covers the azimuthal correlations between the b and \\bar b quarks and their decay muons. Our theoretical results agree well with recent data taken by the D0 and CDF collaborations at Tevatron. Finally, we present our predictions for muon-muon and muon-jet cross sections at the Tevatron and CERN LHC conditions.

研究动机与目标

• 解决长期以来 NLO pQCD 预言与顶夸克对撞机中 $b$-味产生实验数据之间的差异问题，即截面存在两倍或以上的过剩。
• 研究具有横动量依赖性的非积分胶子分布（UGD）对 $b$-夸克、$B$-介子及衰变 muon 微分截面的影响。
• 分析 $b\bar{b}$ 夸克与其衰变 muon 之间的方位角关联，作为探测产生机制与 UGD 特性的工具。
• 在考虑真实探测器截断条件的前提下，为 Tevatron 与 CERN LHC 提供 muon-muon 与 muon-jet 最终态的理论预测。

提出的方法

• 基于 Balitsky-Fadin-Kuraev-Lipatov (BFKL) 演化方程的 $k_T$-因子化方法，对 $1/x$ 与 $\mu^2/\Lambda_{\text{QCD}}^2$ 中的大对数进行重求和，从而获得具有 $q_T$ 依赖性的非积分胶子分布（UGD）。
• 采用非壳模型矩阵元，利用极化张量 $L^{\mu\nu} = q_T^\mu q_T^\nu / q_T^2$ 描述具有横动量依赖性的硬部分子反应 $gg \to b\bar{b}$。
• 采用四种不同的 UGD 参数化形式：JB、KMS 及另外两种（包括先前工作中一个拼写错误的版本），以评估结果对 UGD 形式的敏感性。
• 在相空间中执行数值积分，采用与实验条件一致的动量截断：$p_T^\mu > 6\,\text{GeV}$，$|y^\mu| < 2.5$，以及 $6 < m^{\mu\mu} < 35\,\text{GeV}$（用于 muon 对）。
• 将理论微分截面 $d\sigma/dp_T^{\mu}$、$dy^{\mu}$ 与 $d\sigma/d\Delta\phi^{\mu\mu}$ 与 D\O 和 CDF 实验数据进行比较。
• 在 ATLAS 类似截断条件下，预测了 $\sqrt{s} = 1.96\,\text{TeV}$（Tevatron）与 $14\,\text{TeV}$（LHC）下 muon-muon 与 muon-jet 最终态的截面。

实验结果

研究问题

• RQ1 不同非积分胶子分布（UGD）参数化形式如何影响顶夸克对撞机中 $p\bar{p}$ 碰撞下 $b$-夸克、$B$-介子及衰变 muon 的微分截面？
• RQ2 在 $b\bar{b}$ 夸克与其衰变 muon 之间的方位角关联中，$k_T$-因子化与 LO pQCD 预言之间的差异在多大程度上可用来区分产生机制？
• RQ3 哪一种 UGD 模型（JB、KMS 或其他）最能描述 D\O 与 CDF 实验中关于 $b$-味产生与 muon 关联的数据？
• RQ4 在真实探测器截断条件下，Tevatron 与 LHC 的 muon-muon 与 muon-jet 最终态的截面预测值是多少？
• RQ5 结果对因子化尺度 $\mu^2 = q_T^2$ 与 $m_b = 4.75\,\text{GeV}$ 的选择有多敏感？

主要发现

• 采用 JB 与 KMS 非积分胶子分布的 $k_T$-因子化方法，与 D\O 和 CDF 实验数据在 $b$-夸克、$B$-介子及衰变 muon 的微分截面方面表现出极佳的一致性。
• 在前向区域（$2.4 < |y^\mu| < 3.2$）中，$k_T$-因子化对 $d\sigma/dp_T^\mu$ 与 $dy^\mu$ 的预言与实验数据吻合良好，而 NLO pQCD 则低估了实验数据约四倍。
• 方位角关联 $d\sigma/d\Delta\phi^{\mu\mu}$ 显示，JB 与 KMS UGD 能够重现 D\O 实验数据，而参数化 (11) 在小 $\Delta\phi^{\mu\mu} \sim 0$ 区域低估了数据，表明 $\alpha_S^n \ln^n(1/x)$ 项的重要性。
• 由于初态胶子具有横动量，$k_T$-因子化方法预测 $\Delta\phi^{\mu\mu}$ 呈现宽分布，与 LO pQCD 所预期的在 $\pi$ 处的尖锐峰截然不同。
• 该研究为 LHC（$\sqrt{s} = 14\,\text{TeV}$）的 muon-muon 与 muon-jet 截面提供了理论预测，曲线显示其对所采用 UGD 模型的敏感性。
• 研究结论认为，JB 与 KMS UGD 比其他参数化形式更可靠，尤其在小 $x$ 区域，可用于描述 $b\bar{b}$ 产生及其关联特性。