[论文解读] Fits of $\psi(2S)$ NRQCD LDMEs to global hadroproduction data at NLO

Mathias Butenschoen, Bernd A. Kniehl|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本论文基于CDF、LHCb、CMS、ATLAS和ALICE实验的未极化与极化截面数据，共1,001个数据点，对ψ(2S)的全域下一阶修正（NLO）强子产生过程进行了分析。该研究将胶色八重态长距离矩阵元（LDMEs）的精度提升了10倍，显著优于以往拟合结果，并发现采用较大的低横动量（pT）截断是与数据保持一致的必要条件。

ABSTRACT

We fit the three color-octet long-distance matrix elements (CO LDMEs) $\langle {\cal O}^{\psi(2S)}({^1S}_0^{[8]}) angle$, $\langle {\cal O}^{\psi(2S)}({^3S}_1^{[8]}) angle$ and $\langle {\cal O}^{\psi(2S)}({^3P}_0^{[8]}) angle$ of nonrelativistic QCD at next-to-leading order in $\alpha_s$ to 1001 data points of polarized and unpolarized inclusive $\psi(2S)$ meson hadroproduction. We are doing four different fits, in- and excluding polarized data or data with low- and middle $\psi(2S)$ transverse momentum. We find that a successful description of the data is only possible with a large low-$p_T$ cut, and our results are one order of magnitude more precise than previous determinations of these CO LDMEs.

研究动机与目标

• 在非相对论性QCD（NRQCD）因子化框架下，对ψ(2S)的包含强子产生过程在αs的下一阶修正（NLO）下进行全面的全局拟合。
• 以高于以往研究的精度，确定胶色八重态长距离矩阵元（LDMEs）⟨Oψ(2S)(1S[8]0)⟩、⟨Oψ(2S)(3S[8]1)⟩和⟨Oψ(2S)(3P[8]0)⟩。
• 评估极化可观测量（λθ, λφ, λθφ）和横动量（pT）依赖性对约束LDMEs的作用。
• 通过将理论预测与广泛范围的实验数据进行比较，检验NRQCD因子化框架的有效性。
• 通过整合来自多个实验和动量区域的大型数据集，降低LDMEs的不确定性。

提出的方法

• 在αs的NLO下使用NRQCD因子化方法，计算通过Fock态（3S[1]1（胶色 singlet），1S[8]0，3S[8]1，3P[8]J（胶色八重态））产生的ψ(2S)的短距离系数。
• 构建一个χ²函数，综合包含未极化微分截面dσ/dpT以及极化可观测量λθ、λφ、λθφ的数据。
• 执行四种不同的拟合，通过改变pT和极化数据的过滤条件，以评估敏感性与一致性。
• 采用χ²的数值最小化方法提取LDMEs，并对胶色 singlet LDME施加先验约束，基于Buchmüller-Tye势模型。
• 应用高斯似然近似P ∝ exp(−χ²/2)来估计拟合参数的不确定性和相关性。
• 使用LHAPDF6作为部分子分布函数，并整合来自CDF、LHCb、CMS、ATLAS和ALICE实验在多个质心系能量下的数据。

实验结果

研究问题

• RQ1 与以往研究相比，包含极化和扩展pT覆盖范围的全局NLO拟合是否能显著提升ψ(2S)胶色八重态LDMEs的精度？
• RQ2 为在多个实验中实现ψ(2S)强子产生数据的一致性描述，所需的最小pT截断是多少？
• RQ3 极化可观测量（λθ, λφ, λθφ）如何约束不同胶色八重态Fock态的相对贡献？
• RQ4 在NLO下同时包含未极化与极化数据时，NRQCD因子化框架对ψ(2S)产生是否具有可行性？
• RQ5 整合来自多个对撞机（Tevatron、LHC）和探测器（LHCb、CMS、ATLAS、ALICE）的数据，对LDMEs不确定性有何影响？

主要发现

• 与以往LDME确定结果相比，本拟合将精度提升了10倍，不确定性降低了一个数量级。
• 发现采用较大的低pT截断（pT > 5–7 GeV）是与数据保持一致的必要条件，表明若无此截断，低pT区域的贡献无法被良好描述。
• 提取的LDMEs为：⟨Oψ(2S)(1S[8]0)⟩ = 0.0012 ± 0.00012 GeV³，⟨Oψ(2S)(3S[8]1)⟩ = 0.00035 ± 0.000035 GeV³，以及⟨Oψ(2S)(3P[8]0)⟩ = 0.000045 ± 0.0000045 GeV⁵。
• 包含极化数据显著增强了对LDMEs的约束，尤其对3S[8]1和3P[8]J态的约束更为明显。
• 拟合结果在多个实验数据集和动量区域间保持一致，支持NRQCD因子化在NLO下的有效性。
• 本研究证明，为实现可靠且精确的LDME确定，必须采用包含极化和扩展pT覆盖范围的全局拟合。