[論文レビュー] Global analysis of nuclear parton distribution functions at leading and next-to-leading order perturbative QCD

Hannu Paukkunen|ArXiv.org|Jun 14, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 31被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、深部消去散乱、Drell-Yan、RHICパイオン生成データを含む包括的なデータセットを用いて、摂動的QCDにおける次-leading order (LO) および次々-leading order (NLO) での核パートン分布関数 (nPDFs) のグローバル解析を提示する。EPS09NLO nPDFセットは、改善された誤差伝播および χ² 分析技術を用いて開発され、データと良好な一致を示し、特に低 x および高 Q² においてグルーオンおよび海クォークの振る舞いが従来の nPDF セットと顕著に異なることを明らかにしている。

ABSTRACT

This is the introductory part of my PhD thesis which consists of two parts, the separate introduction and four published articles. The introduction begins by a technically detailed description of the DGLAP evolution and the fast numerical solving method for the DGLAP equations, which has been used in the numerical works of the published articles of this thesis. A write-up of the next-to-leading order (NLO) calculations for the deeply inelastic scattering (DIS) and the Drell-Yan (DY) dilepton production cross-sections is also included. The formalism of the inclusive single hadron production at NLO is described as well, although less rigorously. The introductory part ends with a discussion of the global QCD analyses in general, with a special attention paid to the major work of this thesis, the NLO analysis of nuclear parton densities and their uncertainties.

研究の動機と目的

• 深部消去散乱、Drell-Yan、および包含的ハドロン生成からのデータを一貫して組み込んだ次々-leading order (NLO) 核パートン分布関数 (nPDFs) のグローバル解析を開発すること。
• 堅牢な χ² 分析手法と新しい誤差伝播手順を導入することで、nPDFs の不確実性の取り扱いを改善すること。
• QCD因子化が核過程において有効であるかを、さまざまな運動量領域における広範な実験データと理論的予測を比較することで検証すること。
• 既存のNLO nPDFセット間の差異、特にグルーオンおよび海クォーク分布における差異を調査し、その原因を特定すること。
• RHICパイオン生成データの組み込みが、特に小 x 領域における核パートン分布の制約に与える影響を評価すること。

提案手法

• 核におけるパートン分布関数のスケール依存性を記述するために、NLOでのDGLAP進化方程式を用いた。
• 系統的および統計的不確実性を組み込んだグローバル χ² 分析フレームワークを用いて、nPDFs を実験データにフィットした。
• nPDFs の不確実性を正確に定量化するため、新しい誤差伝播手法を実装し、異なる過程やスケール間での一貫性を確保した。
• NMC、NuTeV、HERA、およびRHIC（d+Au パイオン生成）からのデータを組み込み、クォークおよびグルーオンの核修飾を制約した。
• 小 x および大 x での挙動に制約を課した柔軟な関数形をnPDFsに適用し、核シャドウイングおよびアンチシャドウイングを許容するパラメータライゼーションを含めた。
• F₂^Sn/F₂^C および F₂^C/F₂^D などの比に関するデータと理論的予測を比較することで、結果の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NLO DGLAP進化およびグローバルフィッティング手順は、多様な実験データセットにおける核の構造関数および断面積をどれほどよく記述できるか？
• RQ2 核パートン分布関数における主な不確実性の源は何か。それらはどのように堅牢に定量化できるか？
• RQ3 EPS09NLOセットと、HKN07 や nDS といった以前のNLO nPDFセットとの間で、核修飾されたパートン分布関数（特にグルーオンおよび海クォーク）はどのように異なるか？
• RQ4 RHICパイオン生成データは、小 x における核内のグルーオンおよび海クォーク分布にどれほど強く制約を加えるか？
• RQ5 一部のニュートリノ散乱データが示唆するように、因子化の普遍性に挑戦する過程依存的な核効果が存在するのか？

主な発見

• EPS09NLO nPDFセットは、深部消去散乱、Drell-Yan、包含的ハドロン生成を含む広範なデータを、さまざまな核および運動量領域で良好な一致で記述している。
• 低 x において、EPS09NLO のグルーオンおよび海クォーク分布は、自由核子のPDFと比較して顕著に抑制されており、核シャドウイング効果に一致している。
• RHIC d+Au パイオン生成データの組み込みにより、特に小 x 領域におけるグルーオンおよび海クォーク分布の制約が顕著に改善された。
• EPS09NLO と従来のNLO nPDFセット（HKN07、nDS）との間の差異は、主に低 x におけるグルーオンおよび海クォーク部門で顕著であり、EPS09NLOはより急激な抑制を示している。
• 核構造関数比（例：F₂^Sn/F₂^C および F₂^C/F₂^D）のスケール進化が、EPS09NLOによってよく再現されており、調査された運動量領域における因子化の有効性を確認している。
• 本分析により、HKN07のR_dAuにおけるpTスロープの符号がEPS09NLOとは逆であることが判明し、今後の高精度なデータが、さまざまなnPDFシナリオを決定的に区別できる可能性がある。