[论文解读] Complete calculation of exclusive heavy vector meson production at next-to-leading order in the dipole picture

Heikki Mäntysaari, Jani Penttala|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2022

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 89被引用 60

一句话总结

本论文首次在色玻璃凝聚体（CGC）框架下完成了对极化重矢量介子的高阶微扰计算，包含QCD修正（∼αs）与相对论修正（∼v²），达到O(αsv⁰, α₀sv²)精度。计算结果与HERA和LHC实验数据高度一致，表明矢量介子产生过程对Baldiclsky-Kovchegov（BK）方程非微扰初始条件的约束比仅通过结构函数分析更为严格。

ABSTRACT

Exclusive production of transversely polarized heavy vector mesons in deep inelastic scattering at high energy is calculated at next-to-leading order accuracy in the Color Glass Condensate framework. In addition to the first QCD correction proportional to the strong coupling constant $\alpha_s$, we systematically also include the first relativistic correction proportional to the heavy quark velocity squared $v^2$. When combined with our previously published results for longitudinal vector meson production at next-to-leading order accuracy, these results make phenomenological calculations of heavy vector meson production possible at the order $\mathcal{O}(\alpha_s v^0, \alpha_s^0 v^2)$. When applied to $\mathrm{J}/\psi$ and $\Upsilon$ production at HERA and at the LHC, a good agreement between the next-to-leading order calculations and experimental data is found. Additionally, we demonstrate that vector meson production can provide additional constraints compared to structure function analyses when the nonperturbative initial condition for the Balitsky-Kovchegov evolution equation is extracted.

研究动机与目标

• 在色玻璃凝聚体（CGC）框架下的dipole图像中，完成重矢量介子产生过程的NLO计算。
• 系统性地将下一阶微扰QCD修正（∼αs）与主导相对论修正（∼v²）纳入产生振幅。
• 实现J/ψ与Υ产生在O(αsv⁰, α₀sv²)精度下的现象学研究，与HERA和LHC的实验数据保持一致。
• 证明矢量介子产生过程对Baldiclsky-Kovchegov（BK）演化方程非微扰初始条件的约束强于结构函数测量。

提出的方法

• 采用dipole图像描述高能散射过程，其中虚光子在与靶子相互作用前分裂为q¯q二极子。
• 计算自旋横向极化的矢量介子的NLO散射振幅，包含光子分裂为q¯q与q¯qg Fock组分的贡献。
• 通过轻-front波函数形式体系引入相对论修正，利用非相对论QCD（NRQCD）矩阵元来描述重夸克速度依赖性。
• 实现NLO dipole-靶散射振幅，并通过BK方程进行演化，初始条件以HERA结构函数数据在NLO精度下拟合得到。
• 通过KCBK演化方程对微分与总截面进行数值计算，采用多种初始快速度设置（Y₀,BK = 4.61 与 Y₀,BK = 0）。
• 将结果与HERA和LHC的J/ψ与Υ光致产生数据进行比较，包括t积分截面与W依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在CGC框架下，是否能够以NLO精度完成对自旋横向极化重矢量介子产生的计算，且同时包含QCD与相对论修正？
• RQ2 NLO QCD修正与相对论修正（∼v²）如何影响HERA与LHC上J/ψ与Υ产生的总截面与微分截面？
• RQ3 与结构函数测量相比，矢量介子产生过程在多大程度上能提供对BK方程非微扰初始条件更严格的约束？
• RQ4 不同初始演化快速度设置（Y₀,BK = 4.61 与 Y₀,BK = 0）对NLO截面的影响如何，特别是在低质心能量区域？

主要发现

• 在O(αsv⁰, α₀sv²)精度下，对自旋横向极化J/ψ产生的NLO计算结果与HERA和LHC数据高度一致，尤其在包含相对论修正后表现更优。
• 相对论修正略微改善了与HERA数据的符合度，尤其在小光子虚质量区域，其影响甚至超过NLO修正。
• 对于Υ光致产生，相对论修正在整个W范围内均较小（约3%），但NLO修正显著降低了W依赖性，相比LO结果有明显改善。
• 当采用Y₀,BK = 0（无初始演化）的dipole振幅拟合时，NLO修正变得极大，甚至在低W区域导致负截面，表明对初始条件建模高度敏感。
• 结果表明，矢量介子产生过程对非微扰初始条件的敏感性高于结构函数分析，因而能为BK方程的初始条件提供更强约束。
• 同时包含NLO QCD与相对论修正，首次实现了在O(αsv⁰, α₀sv²)精度下对自旋横向极化重矢量介子产生的自洽现象学研究，为未来EIC与LHC UPC物理研究铺平道路。