[论文解读] Inclusive diffractive heavy quarkonium photoproduction including quark subprocesses

Jiayu Wu, Yanbing Cai+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 2020

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 59被引用 1

一句话总结

该论文将非相对论性量子色动力学（NRQCD）框架扩展至包含夸克初态的子过程——γq、qg 和 qq——用于含胶子的双色散重夸克底子态光致产生，显著提升了与 HERA 实验数据的一致性，并在 LHC 能量下揭示了非可忽略的贡献（在快度分布中最高达 8%，在横动量分布中最高达 6%）。包含夸克子过程显著提高了在 pp、pPb 和 PbPb 碰撞中 J/Ψ、Ψ(2S) 和 Υ(1S) 产生过程的理论准确性。

ABSTRACT

The inclusive $J/\Psi$, $\Psi(2S)$ and $\Upsilon(1S)$ direct and resolved photoproduction are investigated by including the quark subprocesses in the framework of non-relativistic quantum chromodynamics (NRQCD). We find that the theoretical total cross section of heavy quarkonium productions are in good agreement with the data available at HERA, once the $\gamma q$, $qg$ and $qq$ subprocesses in the heavy quark pair productions are taken into account. The inclusive diffractive rapidity and transverse momentum distributions of $J/\Psi$, $\Psi(2S)$ and $\Upsilon(1S)$ in $pp$, $pPb$ and $PbPb$ collisions at LHC are also studied by our quark improved NRQCD model combined with the resolved pomeron model. We find that the contributions from the quark involved subprocesses can reach to $8\%$ in the rapidity distribution and $6\%$ in the transverse momentum distribution. The numerical results show that the contributions from quark involved subprocesses are significant in heavy quarkonium photoprodution.

研究动机与目标

• 通过引入夸克初态子过程，改进含胶子的双色散重夸克底子态光致产生过程的理论预测。
• 评估夸克子过程（γq、qg、qq）在直接与分辨光致产生机制中的重要性。
• 利用分辨摄动胶子交换模型检验扩展后的 NRQCD 模型与 HERA 和 LHC 实验数据的一致性。
• 量化夸克子过程对高能强子碰撞中快度与横动量分布的影响。

提出的方法

• 本研究采用非相对论性量子色动力学（NRQCD）因子化框架来描述重夸克底子态的产生过程。
• 除先前研究的胶子-胶子子过程外，还引入了夸克初态子过程——γq → Q̄Qq、qg → Q̄Qq 和 qq̄ → Q̄Qg。
• 采用分辨摄动胶子模型来描述 LHC 能量下 pp、pPb 和 PbPb 碰撞中的双色散过程。
• 短距离产生矩阵元在Leading Order（LO）下计算，长距离矩阵元则通过全局拟合强子产生数据获得。
• 计算了 J/Ψ、Ψ(2S) 和 Υ(1S) 在直接与分辨光致产生通道中的理论截面。
• 将数值结果与 HERA 数据和 LHC 测量结果进行比较，以验证模型的有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 HERA 能量下，夸克初态子过程对含胶子的双色散重夸克底子态光致产生过程的贡献如何？
• RQ2 在 LHC 能量下，γq、qg 和 qq 子过程在 J/Ψ、Ψ(2S) 和 Υ(1S) 的快度与横动量分布中影响程度如何？
• RQ3 引入夸克子过程是否能改善 NRQCD 理论预测与 HERA 和 LHC 实验数据之间的符合度？
• RQ4 在双色散夸克底子态光致产生过程中，夸克子过程与胶子子过程相比，其相对重要性如何？
• RQ5 在不同碰撞体系（pp、pPb、PbPb）中，夸克子过程的贡献如何变化？

主要发现

• 引入夸克子过程（γq、qg、qq）显著提升了理论预测与 HERA 数据在 J/Ψ、Ψ(2S) 和 Υ(1S) 光致产生过程中的符合度。
• 在快度分布中，LHC 能量下夸克子过程在 pp、pPb 和 PbPb 碰撞中的贡献最高可达 8%。
• 在横动量分布中，LHC 能量下夸克子过程的贡献最高可达 6%，表明其具有不可忽略的影响。
• 结合分辨摄动胶子模型与改进的夸克 NRQCD 框架，能够对多种碰撞体系中的双色散光致产生过程提供一致的描述。
• 结果表明，夸克子过程不可忽略，必须包含在重夸克底子态产生过程的精确理论建模中。
• 该模型成功再现了 HERA 和 LHC 实验数据的实验趋势，验证了扩展 NRQCD 方法的有效性。