[論文レビュー] Fully Differential Monte-Carlo Generator Dedicated to TMDs and Bessel-Weighted Asymmetries

M. Aghasyan, H. Avakian|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、一般化部分子模型に基づきクォークの固有横運動量をモデル化する、完全微分型モンテカルロ生成装置を提示する。この生成装置により、横運動量依存性（TMD）部分子分布の正確なシミュレーションが可能となる。Bessel重み付けを用いたイベント抽出により、$ b_T < 6~\text{GeV}^{-1} $ の範囲で2.5%の精度で二重極化スピン非対称性を抽出できるが、運動量保存則や運動論的制約による系貫きのずれも特定された。

ABSTRACT

We present studies of double longitudinal spin asymmetries in semi-inclusive deep inelastic scattering using a new dedicated Monte Carlo generator, which includes quark intrinsic transverse momentum within the generalized parton model based on the fully differential cross section for the process. Additionally, we apply Bessel-weighting to the simulated events to extract transverse momentum dependent parton distribution functions and also discuss possible uncertainties due to kinematic correlation effects.

研究の動機と目的

• 一般化部分子模型内でのSIDISにおけるクォークの固有横運動量（$k_\perp$）をシミュレートする完全微分型モンテカルロ生成装置の開発。
• Bessel重み付け非対称性を用いた、偏極・非偏極TMD分布比（$g_{1L}/f_1$）のモデルに依存しない抽出の実現。
• 実験的運動論的カットおよび運動量保存則の効果によるTMD抽出における系統的バイアスの調査。
• 非対称性計算におけるモデル依存のデータ補正とモデルに依存しない統合範囲の比較。
• 実験的制約のもとでのBessel重み付け非対称性抽出の正確性の妥当性の検証。

提案手法

• Ref. [1] の完全微分型SIDIS微分断面積を用い、クォークTMD分布 $f_{1,q}(x,k_\perp)$ および $g_{1L,q}(x,k_\perp)$、非偏極分岐関数 $D_{1,q}(z,p_\perp)$ を組み込む。
• Foamモンテカルロ生成装置を用い、ユーザー定義の断面積に従って$n$次元位相空間内でイベントをサンプリングし、$k_\perp$ および $p_\perp$ 分布を含む。
• $J_0(b_T P_{hT})$ を用いたBessel重み付けにより、フーリエ変換されたTMDを抽出し、影響パラメータ空間における $\tilde{g}_{1L}/\tilde{f}_1$ の比にアクセス可能にする。
• 修正ガウス（MG）アンザッツをTMDに適用：$f_1(x,k_\perp) \propto \exp\left(-k_\perp^2 / [x(1-x)\langle k_\perp^2 \rangle_{f_1}]\right)$、$x$ と $k_\perp$ 間の非因数化された依存性を有する。
• 運動論的歪みを補正するため、ガウスモデルを用いて欠落した $P_{hT}$ 補正を推定（データ補正）、および統合範囲を利用可能な $P_{hT}$ 範囲に制限（モデルに依存しない手法）。
• 抽出された非対称性を解析的予測と比較し、実験的受容域およびエネルギー分解能に起因する系統的ずれを定量化。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実験的 $P_{hT}$ 受容域カットの制約のもとで、Bessel重み付け非対称性が、$b_T < 6~\text{GeV}^{-1}$ の範囲で $g_{1L}/f_1$ の比をどの程度正確に抽出できるか。
• RQ2 エネルギーおよび運動量保存則が、モンテカルロシミュレーションにおける再構成された $k_\perp$ および $p_\perp$ 分布に及ぼす影響は何か。
• RQ3 ビニング効果および $P_{hT}$ 範囲の制限が、横運動量分布のガウス形状をどの程度歪めるか。
• RQ4 モデル依存性を導入せずに、抽出された非対称性の系統的ずれを補正可能か。
• RQ5 モデル依存のデータ補正とモデルに依存しない統合範囲の両者が、真のTMD非対称性を回復する際に、どのように比較されるか。

主な発見

• Bessel重み付け二重スピン非対称性 $A^{J_0(b_T P_{hT})}_{LL}(b_T)$ は、$b_T < 6~\text{GeV}^{-1}$ の範囲で2.5%の精度で抽出可能であり、これは影響パラメータ空間で約1 fmに対応する。
• 運動論的制約および運動量保存則に起因する系統的ずれ（約2.5%）が、抽出された非対称性と理論的非対称性との間に観測され、特に $k_\perp$ および $p_\perp$ 分布に影響を及ぼす。
• $k_\perp$ および $p_\perp$ 分布のガウス形状の歪みは、分解能および受容域が劣化する高・低 $P_{hT}$ 値における実験的 $P_{hT}$ カットに起因する。
• ガウス的外挿法による欠落 $P_{hT}$ 範囲のモデル依存補正は、$b_T < 6~\text{GeV}^{-1}$ の範囲で理論的非対称性曲線と一致を回復するのに成功した。
• 利用可能な $P_{hT}$ 範囲に一致するモデルに依存しない統合範囲は、バイアスを導入せずにシミュレートされたデータと一致する非対称性を計算可能である。
• MCイベントから抽出された有効 $\langle k_\perp^2 \rangle$ は、常に入力値よりも低くなる傾向にあり、エネルギーおよび運動量保存則に起因する運動論的抑制効果が確認された。