含QCD修正的P-A碰撞的Drell-Yan过程

谢革英,刘 娜,马丽红,王树平

含QCD修正的P-A碰撞的Drell-Yan过程

谢革英1,刘 娜2,马丽红1,王树平1

(1.河北建筑工程学院数理系,河北张家口075024;2.石家庄经济学院数理学院,河北石家庄050031)

采用EKS98,HKM01和HKN04三套部分子分布函数计算了在微扰QCDαs近似下的核Drell-Yan过程微分截面比RQCD,与不含QCD修正的朴素Drell-Yan微分截面比R,以及E866实验组的实验数据进行了比较,发现:RQCD与R和实验数据吻合的很好,从而验证了QCD理论的适用性.

Drell-Yan过程;部分子分部;QCD修正

20世纪70年代,Drell和Yan第一次在研究强子-强子非弹性碰撞产生大质量轻子对过程中,引用了部分子模型理论[1]并取得了成功,这种产生大质量轻子对的过程称作Drell-Yan过程[2](D-Y过程).根据部分子模型,正反夸克湮灭成一个虚光子,随后虚光子再衰变成一对轻子.核碰撞的核Drell-Yan过程和核子中的夸克分布函数有密切的关系.因此,Drell-Yan过程是探测强子和核子结构的有力工具.然而,众多的研究表明,理论计算与实验数据之间一直存在很大额度误差,为此,人们不得不引入各种理论修正.随着QCD的发展,Drell-Yan截面的QCD修正已成为Drell-Yan过程研究的一个重要方面.

本文将探究对Drell-Yan微分散射截面比进行次领头阶修正的影响,采用EKS98[3,4],HKM01[5]和H KN04[6]三种不同的部分子分布函数,使用了费米实验室E866实验组[7]在4 GeV

在实验误差范围内,理论结果与E866组实验数据符合甚好.计算结果与实验的对比也是对QCD理论适用性的一种检验.

1 Drell-Yan过程反应截面的QCD修正

对于轻子对产生的Drell-Yan模型的一级QCD修正,以pp→l+l-+X为例,计算到αs级,αs(Q2)为强作用耦合常数.QCD修正的Drell-Yan微分截面[8]为:

DY子过程的贡献(即朴素Drell-Yan过程)

其中x1、x2分别是夸克(反夸克)携带的入射核子和靶核子的动量分数,f表示的味为u、d、s夸克,是强子碰撞的质心系的能量中心.e2f是味为f的夸克所带电荷数.qp(A)f(x)和¯qp(A)f(x)分别为入射质子(靶核子A)中味道为f的夸克和反夸克的分布函数.Q2=M2为末态轻子对的不变质量的平方.

湮灭项的贡献

上式中的t1、t2分别表示夸克(反夸克)或胶子携带的入射核子和靶核子的动量分数,这里

康普顿项的贡献

这里g(t,Q2)是入射质子束和靶核子中的胶子分布

在考虑了QCD修正后,Drell-Yan过程的微分截面比可以写为:

2 束缚核子的部分子分布函数

人们通常把EMC效应、核遮蔽效应和费米运动效应统称为核子结构函数的核效应.研究表明,束缚核子与自由核子的部分子分布函数有所不同.

1998年K.J.Eskola(EKS98)[3,4]等人对于核子数A>2的核通过拟合l-A深度非弹性散射和E772实验组Drell-Yan过程的实验数据得到初始标度下(即Q20=2.25 GeV2时)的部分子分布,然后通过DGLAP[9]演化方程,得到了2.25 GeV2

2001年,Hirai等(HKM01)[5]在不依赖于任何模型的情况下,利用轻子-核子深度非弹性散射的实验数据,通过χ2分析的方法获得了对于A≥1的核在10-9≤x≤1区域初始能量为Q20时的核内核子的部分子分布函数,然后通过DGLAP演化方程[9]得到Q2为1 GeV2≤Q2≤105GeV2的束缚核子部分子分布函数的参数化形式.其结果与实验数据比较,发现与实验结果符合的很好.他们用一套固定的fortran程序pdfa_int.给出了A≥1,10-9≤x≤1,1 GeV2≤Q2≤105GeV2区域内的部分子分布函数.

2004年,Hirai等(HKN04)[6]在此基础上重新分析了核结构函数比FA2/FA′2和Drell-Yan反应截面比的实验数据,同时加入了HERMES数据以及粲夸克分布,得到HKN04束缚核子部分子分布函数.

3 图表与结论

本文采用EKS98(与CTEQ[10]结合),HKM01和HKN04三种不同的部分子分布函数,使用了费米实验室在4 Gev

将上述两者与E866实验数据[7]的比较见下图.图1,2,3分别为EKS98,HKM01和HKN04部分子分布函数给出的和微分截面比.图中实线为朴素Drell-Yan过程中的微分截面比R值,虚线为考虑了QCD修正后的微分截面比值RQCD.

由图1,2,3可见,RQCD与R的变化趋势一致.具体地,对于EKS98束缚核子部分子分布函数,RQCD比R有所压低,在小x2处,RQCD比R压低的很明显,随着x2的增大两者趋于一致.这主要是因为海夸克和胶子对康普顿项和湮灭项的贡献较大,随着x2的增大,海夸克和胶子的密度随之减小,海夸克和胶子对康普顿项和湮灭项的贡献随之减小.对于HKM01和H KN04束缚核子部分子分布函数,RQCD与R的数值相差很小.在实验误差范围内,理论结果与E866组实验数据符合甚好.

图1 使用EKS98部分子分布函数得到的RQCD和RFig.1 RQCDandRwith the EKS98 parton distribution functions

图2 使用HKM01部分子分布函数得到的RQCD和RFig.2 RQCDandRwith the HKM01 parton distribution functions

图3 使用HKN04部分子分布函数得到的RQCD和RFig.3 RQCDandRwith the HKN04 parton distribution functions

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P-A Collision Drell-Yan Process with QCD Correction

XIE Ge-ying1,LIU Na2,MA Li-hong1,WANG Shu-ping1
(1.Dartment of Mathematics and Physics,Hebei Institute of A rchitecture Civil Engineering,Zhangjiakou075024,China; 2.College of Mathematics ofPhysics,Shijiazhuang University of Economics,Shijiazhuang050031,China)

By the parton distributions function in EKS98,HKM01,HKM04,we calculate the differential cross section ratiosRQCDwith QCD correction.Comparing these results with the ratiosRcalculated without QCD correction andRthe E886 experimental data,it is found thatRQCDandRare depend on the parton distributions function of bound nucleon to some extent.The curve tendency ofRQCDis consistent withRin Drell-Yan process.

Drell-Yan process;Parton distributions;QCD correction

O571

A

0253-2395(2010)03-0397-04

2009-12-01;

2010-03-21

国家自然科学基金(10575028)

谢革英(1969-),女,沙北康保人,硕士研究生,主要从事核物理研究,讲师.E-mail:xiegeying@hebiace.edu.cn