[論文レビュー] Center-of-mass energy dependence of intrinsic-$k_T$ distributions obtained from Drell-Yan production

I. Bubanja, H. Jung+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2024

advanced mathematical theories被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、Drell-Yan過程で用いられる内在的-kT分布における中心系エネルギーモードエネルギー(√s)依存性の起源を調査する。有限の横運動量カットq0を発生するパートンに適用したParton Branching（PB）法を用いて、部品シャワー生成機における観察された√s依存性が、非摂動的物理から来ているのではなく、q0未満のソフトグルーオンの放出の切断に起因することを示している。主な発見は、q0カットを導入することで、log(qs)とlog(√s)の間の線形対数スケーリングが生じ、q0が大きくなるほど勾配が大きくなることである。これは、ソフトグルーオンの取り扱いがエネルギー依存性の根本的原因であることを確認するものである。

ABSTRACT

The internal motion of partons inside hadrons has been studied through its impact on very low transverse momentum spectra of Drell–Yan (DY) pairs created in hadron-hadron collisions. We study DY production at next-to-leading order using the Parton Branching (PB) method which describes the evolution of transverse momentum dependent parton distributions. The main focus is on studying the intrinsic transverse momentum distribution (intrinsic-$k_{ extrm{T}}$) as a function of the center-of-mass energy $\sqrt{s}$. While collinear parton shower Monte Carlo event generators require intrinsic transverse momentum distributions strongly dependent on $\sqrt{s}$, this is not the case for the PB method. We perform a detailed study of the impact of soft parton emissions. We show that by requiring a minimal transverse momentum, $q_0$, of a radiated parton, a dependence of the width of the intrinsic-$k_{ extrm{T}}$ distribution as a function of $\sqrt{s}$ is observed. This dependence becomes stronger with increasing $q_0$.

研究の動機と目的

• 部品シャワー生成機（内在的-kT幅に強い√s依存性を示す）とPB法（弱いかあるいは√s依存性なしを予測する）の間の不一致を解消すること。
• 現象的部品シャワーモデルにおける√s依存性が非摂動的物理から来ているのか、それともソフトグルーオンの取り扱いに起因しているのかを調査すること。
• PBフレームワークにおけるTMD分布の進化に、最小横運動量カットq0を導入した影響をテストすること。
• なぜPBベースのTMDは√sに依存しないまま保たれるのかを明確にすること。一方で、部品シャワーモデルではなぜ√s依存性を持つ内在的-kT分布が必要になるのかを明らかにすること。

提案手法

• DGLAP進化方程式を繰り返し解くためにParton Branching（PB）法が用いられ、Sudakov形式因子を用いてパートン分岐をモデル化する。
• 発生するパートンの横運動量に有限のq0カットを導入することで、PB TMD進化方程式を修正し、zの統合範囲をz < 1 - q0/q′に制限する。
• Sudakov形式因子を摂動的および非摂動的成分に分割することで、非摂動的領域（z > 1 - q0/q′）を分離する。
• NLOハード散乱断面積と整合性を保つために、PB-NLO-2018 Set2の初期分布を再フィッティングなしで使用する。
• Drell-Yanデータを複数の√s値（27.4 GeVから13 TeVまで）にわたってフィッティングすることで、内在的-kT幅qsを抽出する。
• log(qs)対log(√s)の線形フィットを実施し、エネルギー依存性を定量化する。95%信頼水準の不確実性帯を併記する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ部品シャワーイベント生成機は√s依存性を持つ内在的-kT分布を必要とするのに対し、PBベースのTMDはそうではないのか？
• RQ2 現象的モデルで観察される√s依存性は、非摂動的物理由来なのか、それともソフトグルーオンの取り扱い由来なのか？
• RQ3 パートン放出の横運動量に有限のq0カットを適用することで、PBフレームワークにおける内在的-kT幅にどのような影響が生じるのか？
• RQ4 q0カットが内在的-kT分布における√s依存性の強さをどの程度決定づけるのか？
• RQ5 ソフトグルーオンが切断された場合、PB法はPYTHIAやHERWIGで観察される√s依存性を再現できるか？

主な発見

• 発生パートンの横運動量に有限のq0カットを導入することで、q0 → 0極限では観察されない測定可能な√s依存性が内在的-kT幅qsに生じる。
• log(qs)対log(√s)の依存性は線形であり、q0 = 1 GeVでは勾配が約0.15、q0 = 2 GeVでは0.25に増加する。
• q0 = 1 GeVの場合、√s = 38.8 GeVで約0.8 GeVの内在的-kT幅が、√s = 13 TeVでは約1.4 GeVに増加する。
• q0 = 2 GeVの場合、38.8 GeVで約1.0 GeVから13 TeVで約2.2 GeVに増加し、√sにより強い感受性を示す。
• q0 = 0.000001 GeVのケースでは√s依存性が認められず、ソフトグルーオンの切断がエネルギー依存性の原因であることを確認する。
• 結果は、部品シャワーモデルにおける√s依存性がq0カットに起因する人工的要因であり、非摂動的物理の固有の特徴ではないことを確認する。