[論文レビュー] Impact of inclusive hadron production data on nuclear gluon PDFs

nCTEQ Collaboration, Duwent\"aster, P.+9 more|arXiv (Cornell University)|May 20, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 100被引用数 31

ひとこと要約

この論文は、nCTEQ15の核パートン分布関数（nPDF）のグローバルフィットを、RHIC（PHENIX、STAR）およびLHC（ALICE）の単一包含ハドロン（SIH）生成データを組み込むことで拡張し、特に小x領域における核のグルーオンPDFへの制約を顕著に改善した。新しいnCTEQ++フレームワークを用い、事前に計算されたグリッドと複数のフラグメンテーション関数を導入することで、SIHデータが核グルーオン分布における不確実性を低減し、特に小x領域で顕著であることが示された。また、フラグメンテーション関数の変動に対して結果のロバスト性が確認された。

ABSTRACT

A precise knowledge of nuclear parton distribution functions (nPDFs) is -- among other things -- important for the unambiguous interpretation of hard process data taken in pA and AA collisions at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) and the Large Hadron Collider (LHC). The available fixed target data for deep inelastic scattering (DIS) and Drell-Yan (DY) lepton pair production mainly constrain the light quark distributions. It is hence crucial to include more and more collider data in global analyses of nPDFs in order to better pin down the different parton flavors, in particular the gluon distribution at small x. To help constrain the nuclear gluon PDF, we extend the nCTEQ15 analysis by including single inclusive hadron (SIH) production data from RHIC (PHENIX and STAR) and LHC (ALICE). In addition to the DIS, DY and SIH data sets, we will also include LHC W/Z production data. As the SIH calculation is dependent on hadronic fragmentation functions (FFs), we use a variety of FFs available in the literature to properly estimate this source of uncertainty. We study the impact of these data on the PDFs, and compare with both the nCTEQ15 and nCTEQ15WZ sets. The calculations are performed using a new implementation of the nCTEQ code (nCTEQ++) including a modified version of INCNLO which allows faster calculations using pre-computed grids. The extension of the nCTEQ15 analysis to include the SIH data represents an important step toward the next generation of PDFs.

研究の動機と目的

• RHICおよびLHCの単一包含ハドロン（SIH）生成データを組み込むことで、小x領域における核グルーオンPDFの制約を強化すること。
• グローバルnPDFフィットにおけるフラグメンテーション関数（FF）の不確実性が、核グルーオンPDFの抽出に与える影響を評価すること。
• nCTEQ15グローバル解析を、既存のDIS、Drell-Yan、W/Z生成データに加えてSIHデータを統合することで拡張すること。
• 複数のフラグメンテーション関数セットを用いたテストとスケール不確実性の評価により、nPDFフィットのロバスト性を検証すること。
• SIHデータで観測された核効果が、最終状態のハドロンフラグメンテーションに依存しない冷核物質の初期状態修正と一貫していることを示すこと。

提案手法

• nCTEQ++フレームワークを用い、計算を高速化するための事前計算済みグリッドを備えたINCNLOの改変版を採用した。
• p+Pb衝突（√sNN = 200 GeV、RHICおよび5.02 TeV、LHC）からのSIH生成データ（π⁰、η、チャージドハドロン）を含めた。
• 理論的不確実性を評価するため、複数のフラグメンテーション関数（DSS、Kretzer、AKK、NNPDFなど）を用いた。
• フラグメンテーション関数のスケール不確実性を含め、それが最終的なnPDFフィットに与える影響を評価した。
• データ正規化パラメータを同時にフィットすることで、実験的システムティック不確実性を補正するため、ヘシアンベースの不確実性手法を用いてフィットを実施した。
• 結果は、nCTEQ15およびnCTEQ15WZグローバルフィットと比較され、グルーオンPDFの制約改善が評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RHICおよびLHCの単一包含ハドロン生成データは、小x領域における核グルーオンPDFの制約をどのように改善するか？
• RQ2 フラグメンテーション関数の不確実性は、抽出された核グルーオンPDFにどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ3 SIHデータで観測された核効果は、最終状態のフラグメンテーションに依存せず、冷核物質の初期状態修正と一貫しているか？
• RQ4 SIHデータの統合とフラグメンテーション関数の変動は、nPDFの全体的なフィットの質と不確実性にどのように影響するか？
• RQ5 異なるpTおよび中心系エネルギーにおけるp+Pb → π⁰ + X反応の全断面積において、グルーオン始状過程の寄与はどの程度か？

主な発見

• RHICおよびLHCのSIHデータは、特に0.01 < x < 0.1の範囲で、核グルーオンPDFの不確実性を顕著に低減した。
• p+Pb → π⁰ + X反応におけるグルーオン寄与は、低〜中間pT領域で支配的であり、√sNN = 200 GeVでは約60–70%に達し、5 TeVでは80%を超えた。
• SIHデータの統合により、核グルーオンPDFに顕著なシフトが生じ、特にアンチシャドウイング領域で顕著で、グローバルフィットの質が向上した。
• フラグメンテーション関数の不確実性が核グルーオンPDFに与える影響は小さいことが判明し、異なるFFセット間での変動は不確実性内に収束した。
• 分析から、SIHデータで観測された核効果がフラグメンテーション関数の変動に対してロバストであることが示され、これら効果が初期状態の修正と一貫していることを支持する。
• 新しいnCTEQ++フレームワークにより、より高速かつ安定したグローバルフィットが可能となり、今後のnPDFグローバル解析におけるSIHデータの統合が現実的かつ効率的になった。