[论文解读] Yields and polarizations of prompt $\jpsi$ and $\psits$ production in hadronic collisions

Hua-Sheng Shao, H. Han+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 12, 2014

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 40被引用 10

一句话总结

本文对强子对撞机上快中微子 J/ψ 和 ψ(2S) 的产生进行了下一阶修正（NLO）非相对论性量子色动力学（NRQCD）分析，包括来自 χcJ 和 ψ(2S) 衰变的级联贡献。通过将色八重态长距离矩阵元（LDME）拟合至顶夸克对撞机数据并采用高 pT 截断（11 GeV），实现了对两种粒子产生产率与极化的统一预测，由于 3S[8]1 与 3P[8]J 通道之间的抵消，导致 J/ψ 几乎未极化。

ABSTRACT

We give predictions of $\jpsi$ and $\psits$ yields and polarizations in prompt production at hadron colliders based on non-relativistic QCD factorization formula. We calculate short-distance coefficients of all important color-octet intermediate channels as well as color-singlet channels up to $\mathcal{O}(α_S^4)$, i.e. next-to-leading order in $α_S$. For prompt $\jpsi$ production, we also take into account feeddown contributions from $χ_{cJ}$(J=0,1,2) and $\psits$ decays. Color-singlet long-distance matrix elements (LDMEs) are estimated by using potential model, and color-octet LDMEs are extracted by fitting the Tevatron yield data only. The predictions are satisfactory for both yields and polarizations of prompt $\jpsi$ and prompt $\psits$ production at the Tevatron and the LHC. In particular, we find our predictions for polarizations of prompt $\jpsi$ production have only a little difference from our previous predictions for polarizations of direct $\jpsi$ production.

研究动机与目标

• 为解决快中微子 J/ψ 在强子对撞机上长期存在的极化差异问题，实验测得的 λθ ≈ 0 与 NLO NRQCD 预测的横向极化相矛盾。
• 通过在 NLO 分析中纳入来自 χcJ 和 ψ(2S) 衰变的级联贡献，改进理论预测，此前这些贡献在 NLO 分析中被忽略。
• 通过将色八重态 LDME 拟合至具有高 pT 截断（11 GeV）的 Tevatron 数据，为 J/ψ 和 ψ(2S) 的极化数据提供统一解释，且与重求和要求一致。
• 通过测试不同 pT 截断和 LDME 假设对极化结果的影响，评估 NLO NRQCD 预测的鲁棒性。

提出的方法

• 使用 NRQCD 因子化方法，计算所有主要色 singlet 与色八重态通道在 O(αS⁴) 阶（即 αS 的 NLO 阶）下的短距离系数（SDCs）。
• 通过势模型估算色 singlet LDME，而通过将色八重态 LDME 拟合至 Tevatron 数据（ψ(2S) 采用 11 GeV，J/ψ 采用 7 GeV 的 pT 截断）来提取其值。
• 利用测量的分支比与 SDC，将来自 χcJ（J=0,1,2）和 ψ(2S) 衰变的级联贡献纳入快中微子 J/ψ 产生中。
• 假设所有色八重态 LDME 为正号，以确保与前向与中间快速度区域观测到的极化趋势一致。
• 使用螺旋幅极化可观测量 λθ 将理论预测与 Tevatron 上 CDF 实验的数据进行比较。
• 对 Tevatron 数据进行新拟合，采用更高的 pT 截断（11 GeV），以更准确描述 ψ(2S) 极化，优于此前使用较低截断的拟合。

实验结果

研究问题

• RQ1 当包含级联贡献时，Tevatron 上观测到的快中微子 J/ψ 近似零极化是否能通过 NLO NRQCD 解释？
• RQ2 高 pT 截断（如 11 GeV）对色八重态 LDME 提取及最终极化预测有何影响？
• RQ3 能否在相同的 NLO NRQCD 框架下，使用统一的 LDME 集，一致解释 J/ψ 和 ψ(2S) 的极化数据？
• RQ4 3S[8]1 与 3P[8]J 色八重态贡献之间的抵消如何影响快中微子 J/ψ 的最终极化？
• RQ5 假设所有色八重态 LDME 为正号，是否与实验数据和理论预期一致？

主要发现

• 包含来自 χcJ 和 ψ(2S) 衰变的级联贡献后，快中微子 J/ψ 的极化预测未发生显著变化，仍保持几乎未极化。
• 为获得对极化数据的良好拟合，ψ(2S) 数据需采用 11 GeV 的高 pT 截断，这与小 pT 区域的重求和要求一致。
• 3S[8]1 与 3P[8]J 色八重态贡献之间的抵消导致 1S[8]0 通道占主导，从而导致 J/ψ 未极化。
• Tevatron 和 LHC 上快中微子 J/ψ 与 ψ(2S) 的产生产率与极化理论预测与实验数据均令人满意地一致。
• 采用 11 GeV pT 截断的新拟合，相比先前使用较低截断的拟合，显著改善了对 ψ(2S) 极化数据的描述。
• 结果表明，当结合高 pT 数据截断与正确的 LDME 提取方法时，NLO NRQCD 框架能为 J/ψ 与 ψ(2S) 状态的夸克偶素极化提供一致的解释。