[论文解读] Digluon contribution to $J/\psi$ production

Iván Schmidt, Marat Siddikov|arXiv (Cornell University)|Jan 30, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 85被引用 2

一句话总结

本论文研究了在LHC质子-质子碰撞中，胶子的双部分子分布（DPDFs）对即时J/ψ产生过程的贡献。基于kT因子化框架，结果表明，双胶子机制——即来自同一质子的两个胶子耦合形成J/ψ——在大横动量（pT）区域提供了显著且未被抑制的修正，其大小可达Leading-Order结果的20%，为传统色 singlet与色八重态模型提供了一种互补机制。

ABSTRACT

In this paper we study the contribution of the double parton distributions of gluons to the charmonium production. Despite being suppressed in the heavy quark mass limit, numerically this contribution gives a sizeable correction to the leading order $k_{T}$ factorization result in LHC kinematics due to enhancement of gluonic densities in the small Bjorken $x_{B}$ limit. This contribution is not suppressed at large $J/\psi$ momenta $p_{T}$ and thus presents one of the complementary mechanisms of charmonia production in this kinematics.

研究动机与目标

• 评估双部分子分布（DPDFs）在J/ψ强子产生过程中的作用，特别是双胶子机制的作用。
• 评估DPDF诱导过程是否在高pT动力学中对Leading-Order kT因子化结果提供显著修正。
• 确定在大横动量区域，双胶子贡献是否仍保持显著，而此时标准微扰QCD修正通常被抑制。
• 探讨DPDFs作为粲偶素产生中色singlet与色八重态模型的互补机制的潜力。

提出的方法

• 采用kT因子化框架计算J/ψ产生截面，引入非积分胶子分布（uPDFs）。
• 通过一个子过程模型双胶子贡献：来自同一质子的两个胶子（通过DPDF）耦合产生J/ψ，同时伴随一个额外胶子发射。
• 采用光锥规范（A+ = 0）处理胶子极化矢量，以确保部分子分布的几率解释。
• 使用FeynCalc程序包计算费曼图，包括重夸克圈中所有胶子顶点的排列。
• 将重整化尺度固定为µ = √(M²J/ψ + p²T)，并使用标准NRQCD近似处理J/ψ顶点。
• 仅考虑非极化质子，因此忽略需要横向极化的干涉项。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC能量下，kT因子化框架中双胶子对J/ψ产生的贡献量级如何？
• RQ2 在大pT区域，双胶子机制与Leading-Order CSM及更高阶扭曲DPDF机制相比，其大小如何？
• RQ3 为何双胶子贡献在大横动量区域未被抑制，而标准高阶修正通常会被抑制？
• RQ4 胶子DPDF是否能在高pT动力学中为J/ψ产生提供显著且未被抑制的修正？
• RQ5 在小-xB区域，胶子密度增强对这一机制有何作用？

主要发现

• 在LHC动力学中，双胶子对J/ψ产生的贡献可达Leading-Order kT-CSM预测的20%。
• 与标准高阶修正不同，该贡献在大横动量（pT）区域未被抑制，使其成为高pT粲偶素产生中的重要机制。
• 该机制源于胶子的双部分子分布（DPDF），由于小-xB（饱和）区域中胶子密度高，使截面增强。
• 该贡献在快度反演下对称，两个强子贡献相等，如dσJ/ψ(y) = dσgg+g→J/ψ g(y) + dσgg+g→J/ψ g(−y)所示。
• 该过程在形式上相对于Leading-Order CSM被O(αs)抑制，但由于小-xB区域胶子密度增强，其数值主导。
• 对于非极化质子，其与Leading-Order图的干涉可忽略，仅在单个或两个强子为横向极化时有贡献。