[論文レビュー] 3D tomography of the nucleon: transverse-momentum-dependent gluon distributions

Francesco Giovanni Celiberto|arXiv (Cornell University)|Jan 12, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、中間状態質量スペクトル密度の柔軟なパラメータ化を用いて中間および小$x$効果を記述する、陽子内の横運動量依存性（TMD）グルーオン分布を計算するためのスペクテーター・モデルフレームワークを開発した。このモデルは、すべての一次的位相の$T$-偶性グルーオンTMDを同時に生成し、運動量空間における非極化およびボア＝ムルダースグルーオン密度のトモグラフィック画像を提供する。主な結果として、$x=10^{-3}$における非極化グルーオンでは円対称性、線形に偏光したグルーオンでは双極子的構造が得られた。

ABSTRACT

We perform explorative analyses of the 3D gluon content of the proton via a study of (un)polarized twist-2 gluon TMDs, calculated in a spectator model for the parent nucleon. Our approach encodes a flexible parametrization for the spectator-mass density, suited to describe both moderate and small-$x$ effects. All these prospective developments are relevant in the investigation of the gluon dynamics inside nucleons and nuclei, which constitutes one of the major goals of new-generation colliding machines, as the EIC, the HL-LHC and NICA.

研究の動機と目的

• 陽子内のすべての一次的位相の$T$-偶性グルーオンTMDを計算するための統一的かつ柔軟なスペクテーター・モデルフレームワークを構築すること。
• 中間状態質量スペクトル密度のパラメータ化により、中間および小$x$効果を組み込み、現象論的妥当性を向上させること。
• 陽子内における非極化および線形に偏光したグルーオンの運動量空間分布のトモグラフィック画像を提供すること。
• EIC、HL-LHC、NICAといった次世代加速器の今後の研究を支援するため、グルーオンTMDダイナミクスの一貫性のあるモデルを提供すること。
• 今後、$T$-奇性グルーオンTMDへのモデルの拡張に向けた基盤を築くこと。

提案手法

• モデルは、陽子が縦運動量分率$x$および横運動量$\boldsymbol{p}_T$を持つグルーオンを放出し、残りの部分をスペクテーター系として扱う。
• ヌクレオン-グルーオン-スペクテーター頂点は、$\boldsymbol{p}_T^2$における双極子型フォーム因子を用いてモデル化され、高運動量領域の発散を抑制し、正則性を保証する。
• 柔軟なスペクトル関数によりスペクテーター質量$M_X$を重みづけし、BFKLの再結合による小$x$ダイナミクスの有効な符号化を可能にする。
• モデルのパラメータは、$Q_0 = 1.64$ GeVにおけるグローバルフィットの非極化およびヘリシティグルーオンPDFを再現するようにフィッティングされた。
• 形式的枠組みにより、$f_1^g$および$h_1^{\perp g}$ TMDが生成され、そこから$\rho$-密度（非極化およびボア＝ムルダース）が構成される。
• トモグラフィック画像は、固定された$x=10^{-3}$における$p_x$-$p_y$平面での$x\rho(x, \boldsymbol{p}_T)$および$x\rho^{\leftrightarrow}(x, \boldsymbol{p}_T)$の等高線図により生成される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スペクテーター・モデルをどのように拡張すれば、陽子内におけるすべての一次的位相の$T$-偶性グルーオンTMDを一貫して記述できるか？
• RQ2 柔軟なスペクテーター質量スペクトル密度が、小$x$グルーオンダイナミクスのモデル化に与える影響は何か？
• RQ3 非極化および線形に偏光したグルーオンの運動量空間分布は、トモグラフィック画像においてどのように現れるか？
• RQ4 このモデルは、適切な対称性構造を持つTMDを生成しつつ、既知の折りたたみPDFを再現できるか？
• RQ5 小$x$における非極化およびボア＝ムルダースグルーオンの$\rho$-密度の特徴的な形状は何か？

主な発見

• 非極化グルーオン密度$x\rho(x, \boldsymbol{p}_T)$は、$x=10^{-3}$における$\boldsymbol{p}_T$-平面で陽子の運動方向を中心に円対称性を示す。
• ボア＝ムルダース密度$x\rho^{\leftrightarrow}(x, \boldsymbol{p}_T)$は双極子的形状を示し、グルーオンの横方向線形偏光を反映している。
• $p_y=0$における補助的な1次元プロットは、$p_x$方向に振動的挙動を示し、ボア＝ムルダース関数の双極子的構造と整合的である。
• モデルは、パラメータフィッティングにより初期スケール$Q_0 = 1.64$ GeVにおける非極化およびヘリシティグルーオンPDFを成功裏に再現した。
• このフレームワークは、$f$-型および$d$-型グルーオンTMDに適用可能であり、$T$-奇性TMDへの道筋も現在開発中である。
• 結果は、EIC、HL-LHC、NICAにおける今後のグルーオンTMDダイナミクスのデータ解釈に現象論的に実用的なツールを提供する。