[論文レビュー] A method to include exclusive heavy vector-meson production data at small $x$ in global parton analyses

Chris A. Flett, A. D. Martin+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 2, 2024

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、小xにおける排他的な重いベクトルメソン生成データをグローバルな一部子分布解析に組み込む手法を提案する。実験的断面積を有効なグルーオンPDF点に変換することで、xFitterを用いてLHCbのJ/ψおよびΥデータを組み込むことで、低x領域におけるグルーオンPDFの精度が著しく向上することを示している。NLOレベルでの今後のグローバルフィットに向け、抽出された有効グルーオン点を提供している。

ABSTRACT

We propose a method which allows the inclusion of exclusive heavy vector-meson production data at low $x$ in future global parton analyses. As an example we perform a study within xFitter to determine the gluon parton distribution function (PDF) at next-to-leading order (NLO) at moderate-to-low $x$ using the measurements of exclusive $J/\psi$ production in ep and pp collisions from HERA and LHC. We further study the constraints from the corresponding $\Upsilon$ production process. We finish by discussing the possible effects at next-to-next-to-leading order (NNLO) through incorporation of a K factor for the exclusive heavy vector-meson coefficient function at NLO.

研究の動機と目的

• 小xにおける排他的な重いベクトルメソン生成データをグローバルな一部子分布解析に組み込む課題に対処すること。
• 歪んだ一般化一部子分布（GPD）を用いる計算の複雑さを克服するため、それらを有効グルーオンPDF点に置き換えること。
• LHCbのJ/ψおよびΥの排他的断面積データが、低xにおけるグルーオンPDFの精度に与える影響を実証すること。
• 既存のフィッティングツール（例：xFitter）を用いて、今後のグローバル解析にこれらのデータを組み込む実用的フレームワークを提供すること。
• HERAデータからのK要因抽出を経て、NNLOレベルへの拡張の可能性を検討すること。

提案手法

• LHCbの排他的なJ/ψおよびΥ生成断面積を、小xにおけるグルーオンPDFの有効値に変換する。
• 小ξにおけるGPDと通常のPDFの関係を記述するShuvaev変換を用い、有効グルーオン点の抽出を可能にする。
• 深く入り込んだ散乱（DIS）データと有効グルーオン点を組み合わせるため、xFitterのグローバルフィッティングフレームワークを適用する。
• 既知の光子フラックスとギャップ生存因子を用い、測定されたγp →J/ψp断面積をNLOでフィットすることで、有効グルーオンPDF値を抽出する。
• NLOでの排他的ベクトルメソン係数関数のK要因を、測定断面積とNNLO PDFを用いたNLO予測を比較することで推定する。
• 抽出されたK要因をNLO係数関数に適用することで、NNLO*精度への道筋を提案するが、完全なNNLO係数関数の利用が前提となる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GPDの複雑さを考慮しても、小xにおける排他的な重いベクトルメソン生成データをどのように効果的にグローバルな一部子分布解析に組み込むことができるか？
• RQ2 LHCbのJ/ψおよびΥの排他的断面積測定は、低x領域におけるグルーオンPDFの精度をどの程度向上させるか？
• RQ3 実験データから信頼性のある有効グルーオンPDF点を抽出し、標準的なグローバルフィットの入力として使用できるか？
• RQ4 x < 0.01領域における吸収補正および高次数チルト効果がグルーオンPDFに与える影響は何か？ そしてそれらはどのようにモデル化できるか？
• RQ5 HERAデータから抽出したK要因をNLO係数関数に適用することで、グローバルフィットでNNLO*精度を達成するのは現実的か？

主な発見

• LHCbのJ/ψおよびΥの排他的生成データから抽出された有効グルーオン点は、低x領域（x < 0.01）におけるグルーオンPDFの精度を顕著に向上させる。
• 抽出されたグルーオンPDFは、x < 0.01領域でxg(x) = A · x−λ（λ = 0.135 ± 0.006）というべき乗則的挙動を示し、低xのダイナミクスと整合的である。
• 標準的なPDFセットを用いたDGLAP発展は、非常に低x領域でのグルーオンの増加を過小評価しており、吸収補正または高次数チルト効果の組み込みが求められる。
• NLOでの排他的ベクトルメソン係数関数のK要因は、HERAデータから推定され、NNLO*精度への道筋を提供する。
• 本手法により、GPD計算を繰り返し行う必要なく、従来のグローバルフィットに排他的な重いベクトルメソンデータを組み込むことが可能になる。
• 表1および表2には、NLOレベルでの抽出された有効グルーオンPDF値が示されており、今後のグローバル解析で小xにおけるグルーオン分布を制約するのに直接利用可能である。