[論文レビュー] On the role of soft and non-perturbative gluons in collinear parton densities and parton shower event generators

M. Mendizabal, F. Guzmán+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、非摂動的（NP）グルーオン—非摂動的サダコフ形式因子を通じて—NLO DGLAP進化および包含的断面積計算における特異項の正しいキャンセルに不可欠であることを示している。Parton Branching（PB）手法を用いて、著者らはNPグルーオンが初期状態のシャワーやDrell-Yanの横運動量スペクトルといった包含的観測量に顕著な影響を及ぼすが、ラウンドスリングのようなハドロン化モデルを用いる場合、最終状態のハドロンスペクトルには最小限の影響しか与えないことを示している。

ABSTRACT

The role of soft (non-perturbative) gluons in collinear parton densities is investigated with the Parton Branching method as a solution to the DGLAP evolution equations. It is found that soft gluons contribute significantly to collinear parton densities. Within the Parton Branching frame, the Sudakov form factor can be split into a perturbative and non-perturbative part. The non-perturbative part can be calculated analytically under certain conditions. It is shown that the inclusion of soft (non - perturbative) gluons to the parton density evolution is essential for the proper cancellation of divergent terms. It is argued that the non-perturbative part of the Sudakov form factor has its correspondence in Transverse Momentum Dependent parton distributions. Within the Parton Branching approach, this non-perturbative Sudakov form factor is constrained by fits of inclusive, collinear parton densities.

研究の動機と目的

• NLO計算における特異項の適切なキャンセルを保証するため、摂動的でないグルーオンとソフトグルーオンを分類的パートン密度進化に含める必要性を確立すること。
• 包含的データへのフィットによって制約された非摂動的サダコフ形式因子が、一貫性のあるTMDパートン分布および包含的スペクトルに不可欠であることを示すこと。
• NPグルーオンが初期状態のパートンシャワーおよびそれによる最終状態ハドロンおよびジェットスペクトルに与える影響を調査すること。
• 従来の研究でNPグルーオンがモンテカルロイベントジェネレータにおいて無関係であると主張しているのを挑戦し、実際にはNLO DGLAPと整合性を保つためにその包含が不可欠であることを示すこと。
• PB手法にNPグルーオンを組み込むことで、中心系エネルギーに依存しない内在的-kT 分布が得られることを確立すること。これは、PYTHIA8 や HERWIG などの標準ジェネレータとは対照的である。

提案手法

• Parton Branching（PB）手法を用いて、DGLAP進化方程式を反復的に解き、各ブランチング頂点および発生したパートンの横運動量を明示的に追跡する。
• サダコフ形式因子を摂動的および非摂動的成分に分解する。非摂動的成分は解析的に計算可能であり、包含的分類的パートン密度（例：HERA-PDF2.0NLO）へのフィットによって制約される。
• PBアプローチにより、正規化スケールを進化スケールに設定し、zM →1 のとき、NLOにおけるDGLAP進化を正確に再現できる。
• 非摂動的サダコフ形式因子は、運動量加重形式化とプラス記法を用い、1/(1−z) 特異性を正則化するための切断 ϵ を用いて導出される。
• 前向き（標準）および後向き（初期状態シャワー）進化の両方を適用し、包含的分布および最終状態スペクトルへの影響を比較する。
• PB TMDパートンシャワーはCASCADE3に実装されており、NPグルーオンの進化およびシャワー段階における一貫性ある取り扱いが可能であり、自由パrameterを導入しない。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜNLO DGLAP計算における特異項のキャンセルを実現するため、ソフトおよび非摂動的グルーオンの包含が必要なのか？
• RQ2 非摂動的サダコフ形式因子は、横運動量依存性（TMD）パートン分布および包含的断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ3 NPグルーオンは初期状態のパートンシャワーおよびそれによって生じる最終状態ハドロンおよびジェットスペクトルにどのような影響を及ぼすか？
• RQ4 なぜ標準的なモンテカルロジェネレータ（PYTHIA8 や HERWIG）は内在的-kT 分布を √s に依存させるのに対し、PB手法では依存しないのか？
• RQ5 NPグルーオンを含むPB手法は、新たなパートン密度や係数関数を必要とせず、NLO DGLAP計算と一貫してマッチング可能か？

主な発見

• 非摂動的サダコフ形式因子は、NLO断面積計算における特異項のキャンセルに不可欠である。NPグルーオンを無視すると物理的でない発散が生じる。
• NPグルーオンは、特に初期状態シャワーにおいて、Drell-Yanの横運動量スペクトルのような包含的観測量に顕著な影響を及ぼす。
• ラウンドスリングのような標準的なハドロン化モデルを用いる場合、最終状態のハドロンスペクトルやジェットはNPグルーオンの影響をほとんど受けることがない。これは、ソフトグルーオンがハドロン化プロセスで吸収可能であるためである。
• NPグルーオンを含むPB手法は、中心系エネルギー √s に依存しない内在的-kT 分布を生成する。これは、PYTHIA8 や HERWIG とは対照的であり、それらでは √s に比例して分布が変化する。
• PB手法にPB-NLO-2018 Set1を適用すると、分類的レベルでHERA-PDF2.0NLOを正確に再現し、分類的およびTMD分布の両方に対して一貫したフレームワークを提供する。
• PB手法は、現在のところ進化およびパートンシャワー段階の両方でNPグルーオンを一貫して取り扱える唯一のアプローチであり、標準的なNLOパートン密度および係数関数の直接利用が可能である。