QCD次领头阶自动化计算及其在重夸克偶素相关深度非弹性散射过程中的应用

We have accomplished a computer program, which can automatically calculate the QCD corrections to high-energy physics processes. Lots of tests on both the validity and the efficiency of the program have been carried out, including the inclusive hadro- and photo- productions of J/ψ. We will further improve the efficiency of the program by e.g. embedding the FKS subtraction strategy in it, and study the heavy quarkonium productions in deeply inelastic scattering (DIS) on the ee, ep, eA colliders with the application of this program. Such studies on DIS are rather important : 1. Comparing with the cases of hadro- and photo- productions, much more abundant data for various physical variables have been released from HERA；2. the existing literatures studing J/ψ productions in DIS are on the basis of a formalism that will lead to totally wrong results when the ranges of the transverse momentum or the rapadity of J/ψ in laboratory frame do not cover all their possible values； 3. The NLO QCD corrections for the DIS processes are much more harder than the hadro- and photo- productions；4. In the DIS processes, the DPS mechanism can be excluded which indicates that the DIS is very suitable for studing the productions of heavy quarkonium in association with other particles. Considering all these points, in this project, we will comprehensively study the heavy quarkonium productions in deeply inelastic scattering (DIS) within the framework of NRQCD.

申请人已完成能处理QCD高阶修正的自动化计算程序，并通过对J/ψ单举强产生和光产生等复杂过程对该程序做了大量程序正确性和效率两方面的测试。本项目拟将FKS发散减除方案等方法嵌入此程序中，并以此为基础研究重夸克偶素在正负电子，电子质子以及电子重离子对撞平台上的深度非弹性散射(DIS)过程。对DIS的理论研究具有重大意义：1.HERA已公布大量DIS实验数据，测量对象相比强产生和光生更加丰富; 2.之前文献中用来计算J/ψ DIS 过程时用到的等效电子流形式并不完整，在实验室坐标系中当横动量和快度没有完全积分掉时将导致完全错误的计算结果；3.相比强产生和光生，对DIS的完整NRQCD NLO计算困难很多；4. DIS过程可以排除DPS机制，因此非常适合研究重夸克偶素伴随其它粒子的产生过程。因而，本项目将基于NRQCD因子化框架，对重夸克偶素的相关DIS过程进行全面深入的研究。

重夸克偶素在正负电子，电子质子以及电子重离子对撞平台上的深度非弹性散射(DIS)过程对于研究重夸克偶素形成机制，检验非相对论量子色动力学（NRQCD）有效性以及色八重态（CO）长程矩阵元普适性具有重要意义。但由于DIS计算独有的复杂度，尤其在次领头阶（NLO）精度，现有重夸克偶素相关DIS过程的理论研究远远少于强产生。鉴于此，研究内容主要包含以下两大方面（本人以第一作/唯一通讯作者在PRD（包括rapid communications）、JHEP以及EPJC等高能物理主流杂志上发表论文10篇；项目计划5篇）：1.首次得到重夸克偶素相关DIS过程计算时需要用到的完整等效电子流形式，并基于此完成了对Jpsi相关DIS产生过程的理论计算（领头阶+次领头阶）。计算表明，HERA测量值远大于色单态（CS）理论预言，与NRQCD理论预言符合很好。首次给出Upsilon相关DIS过程的理论计算结果，解释了HERA未观测到Upsilon DIS产生的原因，并预测了EIC和LHeC上测量Upsilon DIS产生的可行性。此外，首次给出LHeC和EIC上双重味重子Xicc DIS产生的理论预测，预测了EIC和LHeC上测量Xicc DIS产生的可行性。2.通过在DIS过程中的应用，完成了对NLO计算自动化程序-Malt@FDC-的优化，并应用于其它重夸克偶素相关过程。在NLO精度下，计算了以单光子碎裂结构为主的QED过程对ee-jpsi+etac和ee-jpsi+chic的贡献，自洽的解释了BaBar和Belle给出的测量结果。此外，完成了对Z-chic,chib+X，Z-Upsilon+gg以及Higgs-Upsilon、chib+X等过程的次领头阶计算， 为后续项目研究打下了前期基础。