[論文レビュー] Extraction of unpolarized transverse momentum distributions from fit of Drell-Yan data at N$^4$LL

Valentin Moos, Ignazio Scimemi+2 more|arXiv (Cornell University)|May 12, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、Drell-Yanおよび弱いボソン生成データへのグローバルフィットを用いて、N⁴LL摂動的精度で非極化横運動量依存性部分素粒子分布関数（TMDPDF）およびコリンズ-ソーパー核の初回抽出を実現した。非摂動的アンザッツにフラーバー依存性を組み込み、初めてコラinear PDFの不確実性をTMDPDFの決定に一貫して伝播させた。これによりPDFバイアス効果が顕著に低減され、LHCデータと整合する高精度が達成された。

ABSTRACT

We present the extraction of unpolarized transverse momentum dependent parton distributions functions (TMDPDFs) and Collins-Soper kernel from the fit of Drell-Yan and weak-vector boson production data. The TMDPDF are parameterized, as commonly done, using their (large transverse momentum) asymptotic matching to PDF. The analysis is done at the next-to-next-to-next-to-next-to leading logarithmic accuracy (N$^4$LL) (performed only approximately because PDF evolution is known so far at next-to-next-to leading order (NNLO)). The non-perturbative model used for TMDPDF is flavor dependent to reduce the colllinear PDF bias. The estimation of uncertainties is done with the replica method and, for the first time, it includes the propagation of uncertainties due to the collinear distributions.

研究の動機と目的

• TMDPDFの精度を向上させるために、摂動的精度をN⁴LLにまで拡張すること。
• グローバルフィットにコラinear PDFからの不確実性を組み込むことで、TMD物理学におけるPDFバイアス問題を低減すること。
• TMDPDFおよびコリンズ-ソーパー核にフラーバー依存の非摂動的アンザッツを組み込むこと。
• ATLAS、CMS、LHCb、CDF/D0の新規Wボソンおよび高精度Zボソンデータを含む拡張されたデータセットを用いて、ART23 TMDPDF抽出を更新すること。
• レプリカ法を用いてデータとPDF不確実性を統合することで、より信頼性の高い不確実性推定を提供すること。

提案手法

• N⁴LL精度でDrell-Yanおよび弱いベクトルボソン生成データに対するグローバルフィットを、artemideフレームワークを用いて実施した。
• TMDPDFは、各パートンフラーバーに対してパラメータλ₁およびλ₂を含むフラーバー依存の非摂動的アンザッツでパラメータライズした。
• コラinear極限は、関係式 lim_{b→0} f₁(x,b;μ,ζ) ≈ ∑_j ∫_x^1 (dy/y) C_{i←j}(y,b;μ,ζ) q_j(x/y,μ) により強制され、コラinear PDFと整合性を保った。
• 不確実性推定にはレプリカ法が用いられ、コラinear PDFの不確実性がTMDPDF抽出にどのように伝播するかを一貫して評価した。
• 理論的予測は、ATLAS、CMS、LHCb、CDF、D0、PHENIX、STAR、E772の実験データと比較され、運動量空間のカットを一貫して適用した。
• ベースラインとしてコラinear PDFセットにMSHT20を用い、PDFバイアス感度を評価するためNNPDF3.1を併用した補足フィットも実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 摂動的精度をN⁴LLに高めることで、TMDPDFの抽出とその不確実性にどのような影響を与えるか？
• RQ2 フラーバー依存の非摂動的パラメータを組み込むことで、TMDPDF抽出におけるPDFバイアスはどの程度低減されるか？
• RQ3 コラinear PDFからの不確実性は、TMDPDFの決定にどのように伝播するのか？また、最終結果に与える影響は何か？
• RQ4 MSHT20およびNNPDF3.1のコラinear PDFを用いて抽出されたTMDPDFは、特に大x領域でどのように異なるか？
• RQ5 新規のWボソンおよび高精度Zボソンデータは、TMDPDFの制約にどの程度の改善をもたらすか？

主な発見

• ART23抽出はN⁴LL精度に達し、初めてコラinear PDF不確実性がTMDPDF不確実性に一貫して伝播された。
• フラーバー依存の非摂動的パラメータの組み込みにより、PDFバイアス問題は軽減されたが、完全には解消されず、MSHT20とNNPDF3.1のフィットにおけるλ₂パラメータの乖離がその証左となった。
• MSHT20とNNPDF3.1のフィットにおける海クォーク分布のTMDPDF不確実性帯には顕著な不一致が見られ、特に大x領域で顕著であった。
• 中間x領域（x ∼ 10⁻²–10⁻³）では、MSHT20とNNPDF3.1のTMDPDFは一般的に一致するが、大x領域の挙動には顕著な乖離が見られ、特にu、dおよび反クォーク分布で顕著であった。
• ATLASおよびLHCbデータの理論的予測はN⁴LLで実験データと良好に一致したが、LHCbデータ（x ∼ 10⁻¹）では、異なるコラinear PDFを用いた場合にやや大きな乖離が観察された。
• Cので新しいWボソンデータを含むすべての実験的データセットに対して、フィット結果は安定かつ一貫しており、抽出の妥当性が確認された。