[論文レビュー] A kT-dependent sea-quark density for the CASCADE Monte Carlo event generator

F. Hautmann, Martin Hentschinski+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 19被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、CASCADEモンテカルロイベントジェネレータのCCFMパートンシャワーフレームワーク内において、前向きなZボソン生成のための横運動量依存型因子化を可能にする、$k_T$に依存する海クォーク密度を導入する。ゲージ不変な非殻上$qq^*\to Z$行列要素を構築し、$k_T$-因子化された分裂関数を実装することで、部分的補正を除き、完全な$g^*q\to Zq$行列要素と数値的に一致し、高エネルギーQCDシミュレーションの精度を向上させる。

ABSTRACT

Parton-shower event generators that go beyond the collinear-ordering approximation at small x have so far included only gluon and valence quark channels at transverse momentum dependent level. We describe results of recent work to include effects of the sea-quark distribution with explicit dependence on the transverse quark-momentum.This sea-quark density is then applied to the description of forward Z -production. The qq*->Z matrix element (with one off-shell quark) is calculated in an explicit gauge invariant way, making use of high energy factorization. The kT-factorized result has been implemented into the CCFM Monte-Carlo CASCADE and a numerical comparison with the qg*->Zq matrix element has been carried out.

研究の動機と目的

• CCFMパートンシャワー枠組みを、グルーオンとバリオンクォークに加え、横運動量に依存する海クォーク分布へと拡張すること。
• 既存の$k_T$-因子化イベントジェネレータにおけるクォーク放出および非殻上クォーク寄与の欠如に対処すること。
• 高エネルギー$pp$衝突における$qq^*\to Z$過程のゲージ不変で$k_T$に依存する行列要素を実装すること。
• CASCADEモンテカルロジェネレータ内での完全な$g^*q\to Zq$行列要素と比較することで、新規形式の妥当性を検証すること。

提案手法

• レグジズドクォーク形式を用いて、ゲージ不変性を保証する$k_T$-因子化非殻上行列要素$qq^*\to Z$を構築する。
• オンシェル極限でDGLAP形式に還元される、$k_T$に依存するグルーオンからクォークへの分裂関数$P_{qg}(z, \mathbf{k}^2/\mathbf{q}^2)$を導出する。
• 分裂関数と非統合グルーオン密度の積分を用いて、$k_T$に依存する海クォーク密度$\mathcal{Q}^{\text{sea}}(x, \mathbf{q}^2, \mu^2)$を定義する。
• グルーオン密度のスケールとして2通りの選択肢を実装：$\bar{\mu}^2 = \mu^2$ および $\bar{\mu}^2 = \mathbf{q}^2/(1-z)^2 + \mathbf{k}^2/(1-z)$（後者は角度順序に基づく）。
• CASCADEモンテカルロジェネレータ内において、因子化された$q_T$-因子化断面積を完全な$g^*q\to Zq$行列要素と数値的に比較する。
• LHCエネルギーにおける前向きZボソン生成にこの形式を適用し、$t$-チャンネル支配的寄与として$qq^*\to Z$振幅を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CCFM進化フレームワーク内において、ゲージ不変で$k_T$に依存する海クォーク密度を一貫して定義できるか？
• RQ2 非殻上クォーク寄与を含めることで、高エネルギー$pp$衝突における前向きZボソン生成の記述にどのような影響を与えるか？
• RQ3 $k_T$-因子化$qq^*\to Z$行列要素は、数値的シミュレーションにおいて完全な$g^*q\to Zq$断面積をどの程度再現できるか？
• RQ4 非統合グルーオン密度のスケール選択（$\bar{\mu}^2$）の違いが、結果としての$q_T$-因子化断面積に与える影響はいかほどか？

主な発見

• $k_T$に依存する海クォーク密度$\mathcal{Q}^{\text{sea}}(x, \mathbf{q}^2, \mu^2)$は、$k_T$-因子化分裂関数と非統合グルーオン密度を用いて、うまく構築された。
• 導出された$k_T$に依存する分裂関数$P_{qg}(z, \mathbf{k}^2/\mathbf{q}^2)$は、オンシェル極限で標準的なDGLAP形式に還元され、非殻上クォークに対してもゲージ不変性を維持する。
• CASCADEモンテカルロジェネレータ内での数値的実装により、因子化された$q_T$-因子化断面積が完全な$g^*q\to Zq$行列要素と、有限で部分的補正を除き一致することが示された。
• $k_T$-因子化を用いた$t$-チャンネル$qq^*\to Z$寄与の取り入れは、前向きZボソン生成の支配的ダイナミクスを捉えている。
• 2通りの$\bar{\mu}^2$スケール選択ではわずかだが無視できない差が生じ、角度順序に基づく選択（$\bar{\mu}^2 = \mathbf{q}^2/(1-z)^2 + \mathbf{k}^2/(1-z)$）がCCFM進化とより一貫している。
• 本手法は、パートンシャワーシミュレーションにおける$k_T$に依存する海クォーク効果を統合するための一貫性があり、ゲージ不変で数値的に実行可能なフレームワークを提供する。