[論文レビュー] Constraints on the intrinsic charm content of the proton from recent ATLAS data

V. A. Bednyakov, Stanley J. Brodsky+5 more|arXiv (Cornell University)|Dec 25, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、√s = 8 TeV の pp 衝突における ATLAS データを用いて、陽子の内在的charmクォークの割合に対する最初の直接的制約を提示する。プロンプト光子生成に伴う charm ジェット最終状態を分析することで、kT 因数分解と共線的因数分解を組み合わせた QCD 手法を適用し、68% 確信度レベルで wc¯c < 1.93% の上限を得た。主な要因は理論的および実験的不確実性である。

ABSTRACT

Constraints on the intrinsic charm probability $\omega_{\overline{cc}}= P_{\mathrm{c}\overline{c} /\mathrm{p}}$ in the proton are obtained for thefirst time from LHC measurements. The ATLAS Collaboration data for the production of prompt photons, accompanied by a charm-quark jet in pp collisions at $\sqrt{s}$= 8 TeV, are used. The upper limit $\omega_{\overline{cc}}$ &lt; 1.93 % is obtained at the 68 % confidence level. This constraint is primarily determined from the theoretical scale and systematical experimental uncertainties. Suggestions for reducing these uncertainties are discussed. The implications of intrinsic heavy quarks in the proton for futurestudies at the LHC are also discussed.

研究の動機と目的

• 高エネルギー LHC データを用いて、陽子における内在的charm（IC）仮説を検証すること。
• 実験的測定から、陽子内の内在的charm確率 wc¯c = Pc¯c/p を制約すること。
• kT 因数分解と共線的 QCD 手法を組み合わせることで、IC 抽出における理論的および実験的不確実性を低減すること。
• 将来の LHC 研究における内在的重クォークを含むベンチマークを提供すること。

提案手法

• √s = 8 TeV における ATLAS のプロンプト光子生成に伴う charm ジェットのデータを用いる。
• kT 因数分解（小 x 区域）と共線的因数分解（大 x 区域）を組み合わせた QCD 手法を適用する。
• 非局在的グルーオンと局在のクォークを伴う O(ααs) Compton 散乱 cg∗→γc を用いて内在的charmをモデル化する。
• 従来の摂動的charm寄与を表す O(αα2s) 非局在グルーオン融合 g∗g∗→γc¯c を用いる。
• CTEQ66M、CTEQ66c0、CTEQ66c1 セットを用いて、wc¯c = 0、1、3.5% の3点でのパートン分布関数の補間を実施する。
• Sherpa モンテカルロ生成器と解析的 QCD 計算を用いて、データと比較するシミュレーションを実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最近の LHC データに基づいて、陽子における内在的charm確率 wc¯c の上限は何か？
• RQ2 理論的および実験的不確実性は、プロンプト光子 + c-ジェットデータからの内在的charm抽出にどのように影響するか？
• RQ3 kT 因数分解と共線的 QCD 手法を組み合わせることで、内在的charm信号の感度は向上するか？
• RQ4 内在的charmは、LHC におけるヒッグス粒子生成および高エネルギー宇宙線相互作用にどのような意味を持つか？

主な発見

• ATLAS のプロンプト光子 + c-ジェット生成データから、68% 確信度レベルで、陽子の内在的charm確率は wc¯c < 1.93% に制約される。
• 上限は主に理論的スケール不確実性と実験的系統的不確実性によって決定されており、統計的ゆらぎによるものではない。
• kT 因数分解（小 x）と共線的因数分解（大 x）を組み合わせた QCD 手法は、IC 抽出のための堅牢なフレームワークを提供する。
• wc¯c ≤ 1.93% の範囲では、内在的と外的charm寄与の干渉は無視できるほど小さいことが確認された。
• 結果は、BHPS モデルによる内在的charm確率が1–2%の範囲にあるという予測を支持する。
• 不確実性低減のための提案として、横方向運動量依存性のより良いモデル化と、ジェットおよび光子再構築における実験的精度の向上が挙げられる。