[论文解读] Prompt Photon Production in Polarized Hadron Collisions

Werner Vogelsang|ArXiv.org|Jun 16, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

本文研究了在RHIC上极化质子-质子碰撞中的快中子产生，重点分析自旋不对称性以探测质子中胶子自旋密度。通过应用下一阶微扰QCD和全阶数软胶胶子阈值重求和，减少了理论尺度依赖性，并增强了与实验数据的一致性，表明在自旋不对称性 $A_{LL}$ 中，重求和效应大部分相互抵消，从而提高了提取 $Δ g$ 的理论可靠性。

ABSTRACT

We consider spin asymmetries for prompt photon production in collisions of longitudinally polarized hadrons. This reaction will be a key tool at the BNL-RHIC pp collider for determining the gluon spin density in a polarized proton. We study the effects of QCD corrections, such as all-order soft-gluon `threshold' resummations.

研究动机与目标

• 通过RHIC上极化 $\vec{p}\vec{p}$ 碰撞中的快中子产生，确定质子中胶子自旋密度 $\Delta g$。
• 通过包含QCD修正，解决自旋不对称性预测中的理论不确定性。
• 评估软胶子阈值重求和对自旋不对称性 $A_{LL}$ 及其尺度依赖性的影响。
• 评估光子隔离切片在抑制来自 $\pi^0$ 衰变光子背景方面的作用。

提出的方法

• 使用下一阶微扰QCD（NLO）计算，以确定 $\vec{p}\vec{p}$ 碰撞中极化快中子截面。
• 应用全阶数软胶子“阈值”重求和，以重求和来自软胶子发射的大对数修正。
• 实施光子隔离切片，以抑制来自强子碎片化光子和 $\pi^0$ 衰变的背景。
• 将LO、NLO以及包含NLL阈值重求和的结果进行比较，以评估尺度依赖性和理论稳定性。
• 分析自旋不对称性 $A_{LL}$ 随光子横向动量 $p_T$ 的变化。
• 基于E706实验设置构建一个简化模型，以说明重求和效应，其中部分子密度采用现有参数化形式。

实验结果

研究问题

• RQ1 NLO QCD修正如何影响RHIC上快中子产生中的自旋不对称性 $A_{LL}$？
• RQ2 软胶子阈值重求和在多大程度上减少了极化截面的尺度依赖性？
• RQ3 强子碎片化贡献和光子隔离切片如何影响 $A_{LL}$ 的理论预测？
• RQ4 阈值重求和效应是否能在 $A_{LL}$ 中相互抵消，从而提高 $Δ g$ 提取的可靠性？
• RQ5 QCD修正对固定靶与对撞机区域中理论与实验数据一致性的影响如何？

主要发现

• NLO QCD修正显著降低了理论预测对因子化和重整化尺度的依赖性。
• 在固定靶区域，阈值重求和显著增强了快中子截面，尤其在 $p_T/\sqrt{s}$ 较大时。
• 尽管截面中存在大幅修正，但阈值重求和效应在自旋不对称性 $A_{LL}$ 中大部分相互抵消，使预测更加稳定。
• 当引入NLL阈值重求和时，$A_{LL}$ 的尺度依赖性显著降低。
• 本研究证实，快中子产生仍是RHIC上提取 $Δ g$ 的有前途通道，尤其在通过重求和实现更优理论控制的情况下。
• 碎片化背景与光子隔离切片之间的相互作用至关重要，所选隔离标准能有效抑制 $\pi^0$ 衰变贡献。