[論文レビュー] Nuclear Effects in the Deuteron and Global PDF Fits

S. Alekhin, S. Kulagin+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、核補正を決定するために、ディープインエラスチック散乱および衝突実験データのグローバルフィットを提示し、パートン分布関数（PDF）の非オンシェル修正に焦点を当てる。off-shell関数δfの普遍性が確認され、重核データと同等の結果がデュテロンデータから得られ、Bjorken-xが大きい領域におけるdクォーク分布の不確実性が顕著に低減される。

ABSTRACT

We present a detailed study of nuclear corrections in the deuteron (D) from an analysis of data from charged-lepton deep-inelastic scattering (DIS) off proton and D, as well as from dimuon pair production in pp and pD collisions and $W^\pm$ and the $Z$ boson production at pp (p$ m \bar p$) colliders. In particular, we discuss the determination of the off-shell function describing the modification of parton distributions (PDF) in bound nucleons in the context of global PDF fits. Our results are consistent with the ones obtained earlier from the study of the ratios of DIS structure functions $F_2^A/F_2^D$ in nuclei with $A\geq4$, confirming the universality of the off-shell function. We also discuss the sensitivity to various models of the deuteron wave function and the impact of nuclear corrections on the determination of the $d$ quark distribution.

研究の動機と目的

• 陽子およびデュテロンのディープインエラスチック散乱（DIS）、ジムウオン生成、およびppおよびpD衝突におけるW/Zボソン生成データを用いたグローバルフィットを通じて、デュテロンにおける核補正を決定すること。
• デュテロン波動関数モデルがパートン分布関数における非オンシェル関数δfの抽出に与える影響を評価すること。
• 重核（A ≥ 4）のデータと比較することで、非オンシェル関数δfの普遍性を検証すること。
• 正確なデュテロンデータと核効果の改善されたモデル化を組み込むことで、Bjorken-xが大きい領域におけるdクォーク分布の系統的不確実性を低減すること。
• 従来の研究における不一致を解消するために、分析フレームワークに標的質量補正および高次チルト効果を含めること。

提案手法

• 陽子およびデュテロン標的に基づくDISデータ、ジムウオン生成、およびppおよびpD衝突におけるW±/Zボソン生成データを統合したグローバルフィットフレームワークを用いる。
• デュテロンの構造関数F₂^Dを、デュテロン波動関数Ψ_D(p)と束縛されたヌクレオンの構造関数F₂^N(x′, Q², p²)の畳み込みとしてモデル化し、標的質量補正を含む。
• 核内媒体中におけるヌクレオンPDFの修正を記述するための非オンシェル関数δf(x, Q²)を導入し、F₂^LTに関するp²に関する対数微分から導出する。
• 現象論的高次チルト補正H₂(x)/Q²を採用し、主要チルト項においてM² → p²の置換により標的質量補正を組み込む。
• パリス、ボン、AV18、WJC-1、WJC-2の複数のデュテロン波動関数モデルを比較し、モデル依存性を評価する。
• 重核（A ≥ 4）からの独立的な抽出結果と照合することで、非オンシェル関数δfの妥当性を検証し、普遍性を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 デュテロンにおける核補正は、Bjorken-xが大きい領域における中性子構造関数およびdクォークPDFの抽出にどのように影響を与えるか？
• RQ2 非オンシェル関数δfは、デュテロンおよび重い標的を含め、さまざまな核においてどの程度普遍的か？
• RQ3 異なるデュテロン波動関数モデルは、δfの決定およびF₂^D/F₂^N比にどのように影響を与えるか？
• RQ4 標的質量補正および高次チルト項を含めることで、非オンシェル関数およびPDF抽出にどのような影響を与えるか？
• RQ5 デュテロンデータの正規化（例：BCDMS）に起因する系統的不確実性は、最終的なδfおよびdクォーク分布の決定にどのように影響を与えるか？

主な発見

• グローバルPDFフィットから抽出された非オンシェル関数δfは、重核（A ≥ 4）におけるF₂^A/F₂^B比からのより正確な決定と整合的であり、その普遍性が確認された。
• デュテロン波動関数モデルに起因するδfの不確実性は、F₂^D/F₂^N比において顕著に低減されており、比のモデル依存性へのロバストネスが示された。
• BCDMSデュテロンデータの正規化は、δfおよびF₂^D/F₂^N比に顕著な系統的不確実性をもたらし、その影響が不確実性帯に明示的に組み込まれた。
• 非オンシェル関数δfに標的質量補正を組み込むことで、大x領域における顕著な補正が得られ、これまでは無視されていた。
• 普遍的な非オンシェル関数δfは、平均仮想運動量v̄ = -0.045の仮定のもとで、ヌクレオンコア半径が有効に2%増加していることを示唆する。
• 標的質量補正および高次チルト項を分析フレームワークに組み込むことで、従来の研究との不一致が解消された。これらは過去の解析では無視されていた。