[論文レビュー] Low x gluons determined by open charm production

E. G. de Oliveira, A. D. Martin+1 more|arXiv (Cornell University)|May 24, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、7、13、5 TeVにおけるLHCbのフォワード$D$メソン生成データを用いて、低$ x $（$10^{-5} \leq x \leq 10^{-4}$）領域における最初の直接的グルーオン分布関数 $xg(x)$ の決定を提示する。NLOでの二重対数パラメータ化を用いた絶対断面積のフィットにより、$xg$ はこの領域へのグローバルPDFフィットの外挿値と比較してより平坦な $x$-依存性を示し、正規化値は外挿値の約2倍高いことが判明した。

ABSTRACT

We use the LHCb data on the forward production of $D$ mesons at 7, 13 and 5 TeV to make a direct determination of the gluon distribution, $xg$, at NLO in the $10^{-5} \lesssim x \lesssim 10^{-4}$ region. We first use a simple parametrization of the gluon density in each of the four transverse momentum intervals of the detected $D$ mesons. Second, we use a double log parametrization to make a combined fit to all the LHCb $D$ meson data. The values found for $xg$ in the above $x$ domain are of the similar magnitude (or a bit larger) than the central values of extrapolations of the gluons obtained by the global PDF analyses into this small $x$ region. However, in contrast, we find $xg$ has a weak dependence on $x$.

研究の動機と目的

• 実験的データを用いて、未調査の低$ x $領域（$10^{-5} \leq x \leq 10^{-4}$）におけるグルーオン分布関数 $xg(x)$ を直接決定すること。
• フォワード$ D $メソン生成データを用いることで、この領域における制約の不足を補い、低$ x $および低因子化スケールにおけるグルーオン密度を直接探査すること。
• 絶対断面積のフィットを通じて、グローバルPDF解析の仮定とは独立したグルーオンPDFの正規化および$ x $-依存性を提供すること。
• 直接測定結果と外挿されたグローバルPDFを比較し、$ x $-挙動および正規化における乖離を評価すること。

提案手法

• 7、13、5 TeVにおけるフォワードラピディティ（$2 < y < 4.5$）での$D^\pm$、$D^0$、$\bar{D}^0$生成に関するLHCbデータを、NLO計算を用いてフィットする。
• オープン charm生成断面積のNLO計算にFONLLフレームワークを用い、スケール依存性を最小化するため $\mu_F \simeq 0.85m_T$ を採用する。
• すべてのデータを一括してフィットできるように、二重対数パラメータ化 $xg(x) \propto x^{-\lambda}$ を用い、$\lambda$ と正規化を同時に決定する。
• $c \to D$のフラグメンテーション関数は $e^+e^-$ データから取得し、$x \gtrsim 0.01$ のクォークPDFはMMHTグローバル解析から固定する。
• 各 $p_{t,D}$ バイン毎に単純なパラメータ化を用いた別個のフィットを実施し、結合的な二重対数フィットと比較する。
• $D^0/\bar{D}^0$ と $D^\pm$ 間の相対正規化をフラグメンテーションの不確実性を反映させるための自由パラメータ $N^D$ として扱う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 グローバルPDFが poorly constrained である $x \sim 10^{-5}$ から $10^{-4}$ の領域において、グルーオン分布 $xg(x)$ はどのように振る舞うか？
• RQ2 LHCにおけるフォワード$ D $メソン生成データは、低$ x $領域における $xg(x)$ の直接的かつモデルに依存しない決定を可能にするか？
• RQ3 直接データから得られた $xg(x)$ の $x$-依存性は、グローバルPDFセットの外挿された挙動と比較してどう異なるか？
• RQ4 低$ x $領域におけるグルーオンPDFの正規化は何か？ また、外挿値と比較してどう異なるか？
• RQ5 異なるラピディティおよびエネルギーでの断面積比は、$xg(x)$ が定数であることをどの程度支持するか？

主な発見

• 低$ x $領域（$10^{-5} \leq x \leq 10^{-4}$）における $xg(x)$ の直接的決定は、外挿されたグローバルPDF解析の中央値と同程度（やや大きい）の大きさの値を示す。
• $xg(x)$ の $x$-依存性はグローバルPDFフィットと比べて顕著に平坦であり、二重対数パラメータ化において $\lambda \approx 0.01$ となり、弱い $x$-依存性を示す。
• 正規化は外挿されたグローバルPDFの約2倍であり、これまでの仮定よりも低$ x $におけるグルーオン密度が高めである可能性を示唆している。
• 固定された $p_{t,D}$ における異なるラピディティおよびエネルギーでの$D$メソン断面積比は、定数 $xg(x)$ によってよく説明され、平坦な $x$-依存性を支持する。
• スケール変動に対して結果が安定しており、すべての $p_{t,D}$ バインで一貫しており、低$ x $グルーオンの直接的かつ信頼できるプローブであることを示している。
• 本研究で得られた平坦な $x$-依存性とグローバルフィットのより急な $x$-依存性との間の矛盾を解消するためには、統計的に高いフォワード charm データが必要である。