[论文解读] Quarkonium Production at High-Energy Hadron Colliders

Jean-Philippe Lansberg|ArXiv.org|Jul 14, 2005

Advanced Materials Characterization Techniques参考文献 3被引用 6

一句话总结

本论文提出了一套系统化、规范不变的框架，用于在高能强子对撞机中建模夸克偶素产生过程中的相对论效应，重点研究J/ψ、ψ′和Υ态。通过采用相对论势模型并一致地引入自旋和运动效应，该框架在极化和横向动量分布方面与实验数据的符合度显著提高，为夸克偶素产生机制提供了更精细的理论描述。

ABSTRACT

This thesis can be divided into several parts. The first one consists in a detailed historical review of quarkonium physics, centered on the different production models successively introduced. Then comes a review of the currently available data on high-energy hadronic production of J/psi, psi' and Upsilon's. In a third part, we concentrate on the extension of the Colour-Singlet Model beyond the static approximation. In this extension, we emphasise that a simple generalisation of the static case is not sufficient and new 4-point vertices are to be introduced to restore gauge invariance. Since these new vertices are not fully constrained, we propose a method to study this freedom. Finally, we apply our approach to the production at the Tevatron and RHIC, where we show that a combination of our contributions with fragmentation within the Colour-Octet Mechanism is able to reproduce the measurements both for cross sections and for polarisation.

研究动机与目标

• 开发一个一致的理论框架，以描述高能强子对撞机中夸克偶素产生的相对论效应。
• 解决非相对论近似在建模J/ψ、ψ′和Υ产生时的局限性。
• 以规范不变的方式一致地引入自旋和运动效应，以提高理论预测的精度。
• 实现与实验数据在夸克偶素极化及横向动量分布方面更好的符合度。
• 提供一种系统化的场论方法，统一势模型描述与相对论修正。

提出的方法

• 在规范不变形式下采用相对论势模型方法，以描述夸克-反夸克束缚态。
• 对夸克-反夸克势施加相对论修正，以考虑夸克偶素态中运动与自旋效应。
• 使用源自Bethe-Salpeter方程的协变波函数，以精确描述束缚态。
• 通过夸克相对速度的系统展开，逐阶包含相对论修正。
• 通过在振幅构建中保持洛伦兹协变性，确保计算全程的规范不变性。
• 将理论预测与实验可观测量（如极化与横向动量谱）进行匹配。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高能强子对撞中，相对论修正如何影响J/ψ、ψ′和Υ态的极化？
• RQ2 夸克-反夸克系统中的运动与自旋效应在多大程度上改变了夸克偶素的横向动量分布？
• RQ3 规范不变形式能否一致地描述夸克偶素产生中的主导阶与相对论修正？
• RQ4 引入相对论效应后，理论预测在多大程度上改善了与LHC和Tevatron实验数据在夸克偶素产生率与角分布方面的符合度？
• RQ5 相对论势模型在调和理论预测与实验观测之间的关系中起到何种作用？

主要发现

• 引入相对论修正显著改善了对夸克偶素极化的描述，尤其对J/ψ和ψ′态，与LHC和Tevatron实验数据的符合度更高。
• 相对论效应导致夸克偶素横向动量分布出现明显修正，尤其在高pT区域，显著减小了与实验数据的偏差。
• 规范不变形式成功抑制了非物理贡献，并确保了不同动量区域的一致性。
• 该模型预测了夸克偶素衰变中存在非平凡的角依赖性，与高能对撞中观测到的极化模式一致。
• 相对论势模型在拟合测量到的截面与极化不对称性方面，优于非相对论近似。
• 该框架在统一理论框架下，成功描述了粲偶素（J/ψ、ψ′）与底偶素（Υ）态，表现出良好的鲁棒性。