[论文解读] The nucleon's gluonic transverse size: From exclusive J/psi photoproduction to high-energy pp collisions

M. Strikman, Weiss, C.|ArXiv.org|Aug 31, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 3

一句话总结

本文提出一种框架，利用广义部分子分布（GPDs）和傅里叶变换，从电子-质子固定靶与对撞机实验的单散射J/ψ光致产生数据中提取核子中胶子的横向空间分布，将截面的t依赖性与胶子横向尺寸关联。关键结果是在x ~ 10⁻¹处测得胶子横向尺寸⟨ρ²⟩ ≈ 0.24 fm²，且在x ~ 10⁻²附近因π云贡献而显著增加，从而可预测大型强子对撞机（LHC）质子-质子碰撞中硬二喷注产生过程的特征。

ABSTRACT

We summarize what is known about the transverse spatial distribution of gluons in the nucleon and its x-dependence from exclusive J/psi photo/electroproduction in e-p fixed-target and collider experiments (HERA H1 and ZEUS). This information can be used to predict the impact parameter dependence of the cross section for certain hard QCD processes (dijet production) in pbar-p and p-p collisions at the Tevatron and LHC.

研究动机与目标

• 利用ep固定靶与对撞机实验的单散射J/ψ光致产生数据，确定核子中胶子的横向空间分布。
• 通过广义部分子分布（GPDs）将J/ψ光致产生的微分截面的t依赖性与胶子横向尺寸关联。
• 利用提取的胶子空间分布，预测在Tevatron与LHC高能pp和p̄p碰撞中硬二喷注产生的作用参数依赖性。
• 理解胶子横向尺寸的x依赖性，特别是π云贡献与Gribov扩散在小x区域的作用。
• 为高能强子碰撞中中心、硬散射过程提供预测工具，以研究单位性与黑体极限。

提出的方法

• 利用广义胶子分布Hg(x,t)的傅里叶变换，将动量空间的t依赖性与影响参数空间中胶子的横向分布g(x,ρ)关联。
• 应用关系式⟨ρ²⟩ = 4 ∂/∂t [Hg(x,t)/Hg(x,0)]|t=0，提取固定x下胶子均方横向尺寸。
• 对观测到的斜率B进行修正，扣除约0.3 GeV⁻²以隔离核子的胶子尺寸，考虑J/ψ态的有限尺寸。
• 采用二极子形式参数化(1 - t/1.0 GeV²)⁻⁴来建模截面的t依赖性，并从HERA H1与ZEUS数据中提取g(x,ρ)。
• 通过两个胶子分布的卷积构造二喷注产生的影响参数分布：P₂(b) = ∫d²ρ₁∫d²ρ₂ δ²(b - ρ₁ + ρ₂) [g(x,ρ₁)/g(x)] [g(x,ρ₂)/g(x)]。
• 将所得P₂(b)与通用非弹性截面分布Pin(b)进行比较，表明硬二喷注触发选择的是中心碰撞。

实验结果

研究问题

• RQ1 核子中胶子的横向空间分布是什么？其如何依赖于纵向动量分数x？
• RQ2 随着x减小，胶子横向尺寸⟨ρ²⟩如何演化？其演化由何种物理机制驱动？
• RQ3 单散射J/ψ光致产生数据在多大程度上能约束pp碰撞中硬散射过程的影响参数依赖性？
• RQ4 在小x区域，π云贡献如何影响胶子横向尺寸？
• RQ5 在高能pp碰撞中，硬二喷注的存在是否可作为中心碰撞的筛选器？其与单位性极限有何关联？

主要发现

• 在x ~ 10⁻¹处，核子胶子横向尺寸估计为⟨ρ²⟩ ≈ 0.24 fm²，基于FNAL E401/E458实验对t依赖性的测量，并已扣除J/ψ态有限尺寸的影响。
• 微分截面中观测到的B值为3.26 GeV⁻²，扣除约0.3 GeV⁻²的J/ψ有限尺寸后，修正为2.96 GeV⁻²。
• 在x ~ 10⁻²处，⟨ρ²⟩约增加0.06 fm²，归因于π云贡献，与x ~ 10⁻¹至x ~ 10⁻²间t斜率的观测上升一致。
• 从H1与ZEUS数据中提取的对数斜率α′ ≈ 0.08 GeV⁻²表明，在x ~ 10⁻³至10⁻²范围内⟨ρ²⟩随ln(1/x)的变化较弱，暗示在x ~ 10⁻²附近存在显著的跃迁。
• 在LHC能量下（q⊥ = 25 GeV），二喷注产生的影响参数分布P₂(b)明显窄于通用非弹性分布Pin(b)，表明硬二喷注触发选择的是中心碰撞。
• P₂(b)分布的狭窄特性表明，硬二喷注触发可作为中心、高能pp碰撞的筛选器，从而实现对单位性与黑体行为的系统研究。