[论文解读] Hadronic production of baryons, containing two heavy quarks

A. V. Berezhnoy, V. V. Kiselev+1 more|ArXiv.org|Jul 6, 1995

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 15

一句话总结

本文提供了采用全部36个四阶费曼图的胶子融合过程中的双重重味重子（bcq和ccq）强子产生截面的精确一阶微扰QCD计算。结果表明，广泛使用的重夸克碎片化近似显著低估了截面——尤其在高横动量区域，低估因子达3至9倍——并揭示了与碎片化估算相比，不同重子态的相对产额存在显著差异。

ABSTRACT

In the framework of QCD perturbation theory, total and differential cross sections of the $Ξ_{bc}'$, $Ξ_{bc}^{(*)}$ and $Ξ_{cc}^{(*)}$ baryons production in gluon collisions are calculated in the leading order over $α_s$ for the doubly heavy ($b c$) and ($ c c$) diquarks. At both small and large transverse momenta of the baryons, a use of the mechanism of the heavy quark fragmentation into the heavy diquark is shown to underestimate the cross section values in comparison with the exact numerical calculations of complete set of diagrams. The expected in Tevatron experiments yield of baryons with two heavy quarks is evaluated as $(1.3\pm 0.3) \cdot 10^5 \,\, bcq$-baryons and $(1.6\pm 0.3) \cdot 10^4 \,\, ccq$-baryons at $p_T>5$ GeV and $|y|<1$ of the baryon momentum and rapidity cuts, with account for the antiparticle yields.

研究动机与目标

• 提供通过胶子融合产生双重重味重子（bcq和ccq）的精确一阶微扰QCD计算。
• 评估重夸克碎片化机制在预测含两个重夸克的重子截面时的有效性。
• 量化碎片化估算与完整微扰QCD计算在总截面和微分截面之间的差异。
• 在实际动量切片（pT > 5 GeV，|y| < 1）条件下，评估Tevatron中bcq和ccq重子的预期产额。

提出的方法

• 精确计算胶子诱导产生四夸克态并随后形成二夸克的全部36个一阶费曼图。
• 使用夸克动量分数 p1 = (m1/M)P 和 p2 = (m2/M)P 来建模二夸克束缚态中的壳上重夸克。
• 引入二夸克在原点的波函数 R(0) 和颜色结构 εijk/√2 以描述二夸克顶点。
• 应用投影算符以定义标量（J=1/2）和矢量（J=1/2, 3/2）二夸克态。
• 通过自由夸克振幅 A′ 与二夸克投影算符及波函数的卷积推导振幅 A。
• 使用公式 dσ/dz = σ(gg→b̄b) × D(b→bcq)(z) 将精确微扰结果与碎片化预测进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 胶子碰撞中重子产生的精确QCD微扰计算与碎片化近似相比如何？
• RQ2 碎片化机制在多大程度上低估了bcq和ccq重子的总截面和微分截面？
• RQ3 在Tevatron中，考虑实际动量切片（pT > 5 GeV，|y| < 1）时，bcq和ccq重子的预期产额是多少？
• RQ4 精确计算与碎片化估算在Ξbc′、Ξbc和Ξbc*重子的相对产率上存在何种差异？
• RQ5 为何碎片化机制在强子产生过程中不适用，尽管它在e+e−湮灭中表现成功？

主要发现

• 在 √ŝ = 100 GeV 时，碎片化方法对 Ξbc* 和 Ξbc′ 重子的总截面分别低估了9倍和4倍。
• 在 √ŝ = 100 GeV 时，精确计算得到的 σ(Ξbc* 复杂态) / σ(Ξbc′) ≈ 3.2，而碎片化模型仅预测约为1.4。
• 即使在高横动量区域（pT > 40 GeV），Ξcc* 产生的精确截面仍比碎片化预测高出约30%，且在 pT > 5 GeV 时存在约3倍的差异。
• 在Tevatron中（亮度为100–150 pb⁻¹），bcq重子的预期产额为 (1.3 ± 0.3) × 10⁵，ccq重子为 (1.6 ± 0.3) × 10⁴，包含反粒子贡献。
• bcq和ccq重子的微分截面 dσ/dpT 即使在大 pT 区域也与碎片化预测显著偏离，表明该机制在强子产生中根本不可靠。
• 1S波bcq重子的总截面约为 σ ≈ 1 nb，ccq重子的总截面约为 σ ≈ 0.13 nb，精确结果显示出碎片化模型未能捕捉到的强烈能量与动量依赖性。