[論文レビュー] Absolute Drell-Yan Dimuon Cross Sections in 800 GeV/c pp and pd Collisions

NuSea Collaboration, P. L. McGaughey+39 more|arXiv (Cornell University)|Feb 14, 2003

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 31

ひとこと要約

本論文は、フェルミラブE866/NuSea実験を用いて、800 GeV/cのppおよびpd衝突におけるDrell-Yan二ミュオン断面積の最初の包括的測定を提示する。この結果、現在のグローバルな部分素子分布関数（PDF）フィットは、x → 1に近い領域でバリオンクォーク分布を15–20%過大評価している一方で、0.03 ≤ x < 0.15の範囲では軽い反クォーク海の記述は正確であることが明らかになった。

ABSTRACT

The Fermilab E866/NuSea Collaboration has measured the Drell-Yan dimuon cross sections in 800 GeV/$c$ $pp$ and $pd$ collisions. This represents the first measurement of the Drell-Yan cross section in $pp$ collisions over a broad kinematic region and the most extensive study to date of the Drell-Yan cross section in $pd$ collisions. The results indicate that recent global parton distribution fits provide a good description of the light antiquark sea in the nucleon over the Bjorken-$x$ range $0.03 \lesssim x &lt; 0.15$, but overestimate the valence quark distributions as $x o 1$.

研究の動機と目的

• 800 GeV/cでのppおよびpd衝突における絶対的Drell-Yan二ミュオン断面積を測定し、 nucleon のパートオン的構造を調べる。
• 特にx → 1および0.03 ≤ x < 0.15の範囲で、現在のグローバルな部分素子分布関数（PDF）フィットの正確性を検証する。
• 過去のデータが限られていた範囲で、nucleon 内の軽い反クォーク分布の大きさを制限する。
• TevatronにおけるWボソン生成断面積の予測のためのPDFの信頼性を評価する。
• データと一次元/次回元計算との間のバリオンクォーク分布における乖離を調査する。

提案手法

• E866/NuSea検出器を用いて、√s = 800 GeV/cのppおよびpd衝突における二ミュオン生成断面積を測定する。
• 二ミュオン対のインバリアント質量Mとフェイニマン-x xFを用いて、M² = x₁x₂sおよびxF = x₁ − x₂の式から、ビームの運動量分数x₁（ビーム）および標的の運動量分数x₂（標的）を抽出する。
• MRST2001およびCTEQ6 PDFフィットを用いた次次元のDrell-Yan計算と測定断面積を比較する。
• x₁およびx₂の依存性を別々に分析するため、他方の変数を平均化することで、バリオンクォーク（x₁）と反クォーク（x₂）への感受性を分離する。
• データ/理論比（K′要因）を現象論的形 K′(x₁) = α(1 − x₁)^β にフィットし、大x₁における偏差を定量化する。
• 正規化誤差を考慮し、MRST2001およびCTEQ6のPDFフィットにおける実験的誤差と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在のグローバルPDFフィットは、800 GeV/cでのppおよびpd衝突におけるDrell-Yan断面積をどの程度正確に記述しているか？
• RQ2 この新しいデータによって、0.03 ≤ x < 0.15の範囲における軽い反クォーク海分布はどの程度制限されているか？
• RQ3 MRST2001およびCTEQ6 PDFセットにおいて、大x₁（x₁ → 1）における陽子のバリオンクォーク分布は過大評価されているか？
• RQ4 ppとpdの最終状態におけるバリオンクォーク分布の乖離は、どのように異なるか？
• RQ5 これらの結果は、TevatronにおけるWボソン生成断面積の予測にどのような意味を持つのか？

主な発見

• MRST2001およびCTEQ6 PDFフィットは、x₂ < 0.15の範囲で断面積のx₂依存性を非常に良く記述しており、0.03 ≤ x < 0.15の範囲での正確性が裏付けられた。
• MRST2001 PDFは、大x₁領域でバリオンクォーク分布を約15–20%過大評価しており、pdデータではppデータよりも顕著な乖離が観察された。
• CTEQ6 PDFも大x₁領域でバリオンクォークを同程度過大評価しており、データはCTEQ6の不確実性下限を下回っている。
• 乖離は低x₂、高x₁のイベントに限定されており、小x₂反クォークと組み合わされた大x₁バリオンクォークのモデル化の失敗を示している。
• K′要因へのフィットから、α ≈ 1.06–1.15およびβ ≈ 0.14–0.23が得られ、1から明確に逸脱しており、バリオンクォークの過大評価が確認された。
• これらの結果は、将来のPDFフィットにおいて、大xにおけるuおよびdクォーク分布に大幅な修正が必要であり、Tevatronにおける新しい物理のシグネチャ予測を低減する必要があることを示唆している。