[論文レビュー] Energy-scaling behavior of intrinsic transverse momentum parameters in Drell-Yan simulation

Hayrapetyan, Aram, Tumasyan, Armen+2405 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、PYTHIA 8およびHERWIG 7イベントジェネレータを用いて、Drell-Yan過程における固有の横運動モーメント（kT）パラメータのエネルギースケーリング挙動を調査した。中心エネルギーや二レプトンのインヴァリアント質量の変動に応じてkTパラメータを3桁のエネルギースケールにわたって調整した結果、固定された√sにおけるインヴァリアント質量に依存しない普遍的なエネルギースケーリング挙動が観測された。これは、さまざまなエネルギースケールで安定した非摂動的QCD効果であることを示している。

ABSTRACT

An analysis is presented based on models of the intrinsic transverse momentum (intrinsic $k_T$) of partons in nucleons by studying the dilepton transverse momentum in Drell-Yan events. Using parameter tuning in event generators and existing data from fixed-target experiments and from hadron colliders, our investigation spans 3 orders of magnitude in center-of-mass energy and 2 orders of magnitude in dilepton invariant mass. The results show an energy-scaling behavior of the intrinsic $k_T$ parameters, independent of the dilepton invariant mass at a given center-of-mass energy.

研究の動機と目的

• 中心エネルギーオーバーラップ範囲にわたるDrell-Yanイベントにおける固有横運動モーメント（kT）パラメータのエネルギースケーリング挙動を調査すること。
• 固有kTパラメータが二レプトンのインヴァリアント質量に依存するか、それともエネルギーに普遍的にスケーリングするかを特定すること。
• 固定標的に基づく実験データと衝突実験の両方における、異なるイベントジェネレータ（PYTHIA 8、HERWIG 7）におけるkTパラメータの調整の一貫性を評価すること。
• kTパラメータを形作る要因としての摂動的QCD（例：初期状態放射）と非摂動的効果（例：パートンシャワー、MPI）の寄与を解体すること。
• pp、pPbを含む多様な衝突系と13 TeVまでのエネルギースケールにわたるkTパラメータの普遍的スケーリングの妥当性を検証すること。

提案手法

• イベント生成に、PYTHIA 8およびHERWIG 7における次次-leading order（NLO）行列要素計算とパートンシャワーのマッチングを用いた。
• αS(mZ) = 0.118 とNLO/NNLO PDFセットを一定に保ち、PYTHIA 8のCP3/CP4/CP5、HERWIG 7のCH2/CH3のチューニング済みの基礎イベント（UE）モデルを適用した。
• 固有kTを調整可能な幅パラメータを持つガウス分布確率変数としてモデル化し、実験的pT(ℓ+ℓ−)分布との比較によるキャリブレーションを実施した。
• √sが38.8 GeVから13 TeVにわたるDrell-Yan微分断面積データを用いてパラメータチューニングを実施した。対象は固定標的（E866/NuSea、R209）、衝突実験（CDF、D0、CMS、ATLAS、LHCb）およびpPb（CMS）測定を含む。
• ppデータと一貫性を持たせるために、pPbデータを核子-核子中心エネルギーモードに補正した。
• 再現可能性および相互比較を目的として、HEPDataを用いてチューニング済みパラメータ値およびシミュレーション結果を保存・共有した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Drell-Yan過程において、異なる中心エネルギーオーバーラップエネルギースケールにわたって、固有kTパラメータは普遍的なスケーリング挙動を示すか？
• RQ2 固定された中心エネルギーオーバーラップエネルギー（√s）において、固有kTパラメータは二レプトンのインヴァリアント質量に依存しないか？
• RQ3 同じ実験データセットを用いた場合、PYTHIA 8とHERWIG 7のチューニング結果はどのように比較できるか？
• RQ4 初期状態放射と基礎イベントモデルが抽出されたkTパラメータに及ぼす影響はどの程度か？
• RQ5 エネルギーの3桁のスケールにわたって、kTパラメータは一様な普遍的スケーリング関数で記述可能か？

主な発見

• 固有kTパラメータは、38.8 GeVから13 TeVの中心エネルギーオーバーラップエネルギー範囲で明確なエネルギースケーリング挙動を示し、固定された√sにおけるインヴァリアント質量に依存しない。
• このスケーリング挙動は、PYTHIA 8およびHERWIG 7の両イベントジェネレータで一貫しており、特定のモデル選択に依存しない強固な性質であることが示された。
• E866/NuSeaなどの固定標的実験と、13 TeVでのCMSの衝突データから得られたチューニング済みkTパラメータは、共通のスケーリングトレンドに従っており、普遍的な非摂動的QCD起源を示唆している。
• 4–120 GeVの範囲で測定されたインヴァリアント質量Q内において、kTパラメータに顕著な依存性は認められず、普遍的スケーリングの仮説を支持する。
• 初期状態放射および基礎イベント効果を考慮しても、スケーリング挙動は維持され、この傾向がパートンシャワーのモデル化に起因するアーチファクトではないことを示している。
• 本研究の結果は、固定標的からLHCエネルギーレベルまでをカバーする全範囲にわたるDrell-Yan過程において、kTパラメータの単一の普遍的スケーリング関数の使用を支持している。