[论文解读] Touching on the gluon polarization in the Durham Pomeron

S. P. Baranov|ArXiv.org|Jun 17, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 8

一句话总结

该论文提出了一项新颖的实验测试方法，利用杜伦Pomeron模型探测独持性双色过程中的胶子极化。通过比较含胶子的赝标量介子与标量介子在包括与独持性过程中的产生比率，表明当该比率接近5时，表示胶子极化方向平行，从而为两胶子交换机制及Pomeron的标量性质提供一种清晰、与模型无关的检验。

ABSTRACT

Inclusive and exclusive production of scalar and pseudoscalar mesons via gluon-gluon fusion is considered. A new experimental test is proposed, which can probe the polarization state of the gluons in exclusive production processes and check the compatibility of the two-gluon exchange mechanism with the properties of conventional Pomeron

研究动机与目标

• 检验杜伦Pomeron模型中的两胶子交换机制是否与传统Pomeron的 $J^{PC} = 0^{++}$ 量子数一致。
• 识别一种可观测量，可实验探测独持性双色过程中相互作用胶子的相对极化状态。
• 强调在胶子极化方向位于同一平面时，量子数选择规则被忽视的作用，即抑制赝标量介子的产生。
• 提供一种鲁棒的、对因子化不敏感的比率，以最小化测试胶子自旋关联时的理论不确定性。

提出的方法

• 采用 $k_t$-因子化方法，使用横动量依赖的胶子极化矢量 $e^\mu = k_t^\mu / |k_t|$，位于 $xy$ 平面内。
• 应用微扰QCD与非相对论性 $c\bar{c}$束缚态形式，计算 $\eta_c$ 与 $\chi_c$ 产生过程的矩阵元。
• 引入自旋投影算符 $\mathcal{P}(^1S_0)$ 与 $\mathcal{P}(^3P_0)$，以确保 $0^{-+}$ 与 $0^{++}$ 态的正确量子数。
• 将矩阵元与J. Blümlein参数化的非积分胶子分布函数进行卷积，以计算截面。
• 比较 $\eta_c$ 与 $\chi_c$ 介子在包括与独持性过程中的产生率，提取比率 $d\sigma(\eta_c)/d\sigma(\chi_c)$，作为胶子极化的探针。
• 依赖基本选择规则：标量介子（$0^{++}$）仅在胶子极化矢量平行时产生，而赝标量介子（$0^{-+}$）要求极化矢量垂直。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过介子产生比率实验探测独持性双色过程中胶子的极化状态？
• RQ2 杜伦Pomeron模型中的两胶子交换机制是否因自旋关联而预测赝标量介子产生被抑制？
• RQ3 在独持性与包括过程中，赝标量与标量介子产生率的比率是否对胶子极化敏感，且与模型不确定性无关？
• RQ4 胶子自旋关联导致的量子数选择规则在多大程度上影响了如 $\eta_c$ 这类 $0^{-+}$ 态在双色过程中的产生？

主要发现

• 在Tevatron（$\sqrt{s} = 1960$ GeV）与RHIC（$\sqrt{s} = 200$ GeV）处，比率 $d\sigma(\eta_c)/d\sigma(\chi_c)$ 预测约为5，且对横动量或快度无显著依赖。
• 该比率在动量变量范围内几乎保持恒定，表明其为胶子极化关联的鲁棒、与模型无关的特征信号。
• 在独持性过程中 $\eta_c$ 产生的抑制并非源于动力学效应，而是源于基本的量子数选择规则：$0^{-+}$ 态要求胶子极化矢量垂直。
• 由于胶子处于非稳定态，垂直极化对 $\chi_c$ 产生的贡献被大幅抑制，但并未完全禁止。
• 该方法对胶子分布函数与跑动耦合常数 $\alpha_s(\mu^2)$ 的不确定性不敏感，因为这些因素在比率中相互抵消。
• 所提出的测试在实验上可行，近期在双色过程中观测到 $\chi_{c0}$ 的产生结果支持此类测量的可行性。