[論文レビュー] Determination and application of TMD parton densities using the Parton Branching method

A. Bermúdez Martínez, Patrick Connor+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 16被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、分割の運動学を追跡することで完全に排他的な進化を可能にするParton Branching (PB) 法を用いて、次-leading order (NLO) での横運動量依存性のある(parton distribution functions: TMD) PDFの新しい決定を提示する。2つのTMDセットが、強い結合定数αsのスケールとして進化スケールQまたは角度順序から得られる横運動量qTの選択により生成された。TMDはHERAの深く非弾性散乱データにフィットされ、LHCの過程に応用された。その結果、αsをqTで評価するとDrell-Yanの横運動量スペクトルの記述が著しく改善される一方、二重ジェットの方位角相関では両セットの性能は類似していることが示された。

ABSTRACT

We present a determination of parton densities at NLO obtained with the Parton Branching method using precision measurements of deep inelastic scattering cross sections at HERA. The two sets of parton densities shown in this work are obtained with the same angular angular ordering condition for the evolution scale and they differ in the chosen scale for the strong coupling evaluation, for which we consider two scenarios: the evolution scale, and the transverse momentum qT from the angular ordering prescription. The transverse momentum dependent densities obtained with the Parton Branching method are applied to two LHC processes: the Drell-Yan pT spectrum and the azimuthal correlation in high pT dijet events. For the Drell-Yan pT spectrum a significant effect from the strong coupling scale choice is observed.

研究の動機と目的

• Parton Branching (PB) アプローチを用いて、TMDパートン密度を完全に排他的に決定する新しい手法を開発すること。
• 得られたTMDを、広いxおよびQ²の範囲でHERAの高精度な深く非弾性散乱(DIS)データにフィットすること。
• αsの総当りスケールの選択（進化スケールQ と 角度順序から得られるqT）がTMD進化および素描的性質に与える影響を調査すること。
• 2つのTMDセットをLHCの過程、特にDrell-Yanの横運動量スペクトルと二重ジェットの方位角相関に応用し、素描的感度を評価すること。
• αsスケールの選択が高運動量pT観測量の記述に与える影響を評価し、高次のQCD効果を調べること。

提案手法

• PB法は、離散的スケールでのパートン分裂をモデル化し、各頂点での運動量分率zと横運動量ktを追跡することで、DGLAP進化方程式を反復的に解く。
• 大規模対数の総和と排他的な分岐履歴の保証のため、Sudakov形式因子∆a(Q², Q₀²) を用いる。zmaxは解像度パラメータとして機能する。
• 各分裂がkt = (1−z)Q′ として寄与するため、横運動量依存性が自然に組み込まれる。ここでQ′は分裂スケールである。
• TMDの進化方程式（式3.1）には非摂動的寄与が含まれており、分裂カーネルPRab(z, αs(Q′²)) に依存する。
• 2つのTMDセットが生成された：1つはαsを進化スケールQで評価し、もう1つは角度順序から得られるqT（Q = qT/(1−z)）で評価した。両者とも量子干渉性を保つ。
• TMDは、xXfitterにPB実装を組み込んだ手法を用いて、3.5 < Q² < 50,000 GeV²および4×10⁻⁵ < x < 0.65 の範囲で、HERAの包括的DIS断面積（中性および電荷付き現在）にフィットされた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 αsの総当りスケールの選択（Q 対 qT）が、特にグルーオン分布に与える影響は何か？
• RQ2 Parton Branching法は、半解析的DGLAP解と整合的で、安定的かつ正確なNLO TMDの決定を可能にするか？
• RQ3 αsをqTで評価したTMD進化は、LHCにおけるDrell-Yanの横運動量スペクトルの記述をどの程度改善するか？
• RQ4 2つのTMDセットは、LHCにおける高pT二重ジェットイベントの方位角相関をどの程度正確に予測するか？
• RQ5 LHCの観測量は、αs評価における非摂動的領域にどの程度感度を示し、TMDフィットにどのような影響を与えるか？

主な発見

• αsスケールの選択（Q 対 qT）のみが異なる2つのTMDセットは、HERA DISデータに対して類似したフィット度（χ²/ndf ≈ 1.21）を示した。
• Drell-Yanの横運動量スペクトルは、αsを角度順序から得られるqTで評価した場合に著しく良く記述された。これは非自明な高次のQCD効果を示唆している。
• Set 2（αsをqTで評価）のTMDは、小スケールで明確なグルーオン寄与を示し、ZボソンのpTスペクトルとの一致が向上していることと相関していた。
• 二重ジェットイベントにおける方位角相関∆φ₁₂の予測は、両TMDセットでほぼ同一であり、この観測量ではαsスケールの選択にほとんど感度がないことが示された。
• PB法は、LO、NLO、NNLOのすべてで、半解析的DGLAP解と1%以内に一致する統合TMDを再現でき、その正確性が裏付けられた。
• HERAデータで制約されたPB進化から得られたTMDは、追加の調整なしにZボソンのpTスペクトルを20%の精度で記述できた。