[論文レビュー] Perturbative and Nonperturbative Effects in Transverse Momentum Generation

Erik Thomé|ArXiv.org|Jan 16, 2004

Scientific Research and Discoveries参考文献 4被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、Pythiaにおける摂動的部分素子シャワリングと新しい $p_\perp^2$-順序シャワリングアルゴリズムを比較することで、Z⁰およびH⁰ボソン生成における横運動量の起源を調査する。$Λ_{\mathrm{QCD}}$ を増加させることで、標準シャワリングにおける分岐不足を補い、テバトロンのZ⁰データとの整合性が向上することが判明した。一方、新しいアルゴリズムは $Λ_{\mathrm{QCD}}$ への感受性を高め、不自然に大きな初期状態 $k_\perp$ 値の必要性を低減する。

ABSTRACT

The transverse momentum of a colour-singlet massive particle in a hadronic collision is built up by two components, the perturbative effect of parton branchings and the nonperturbative effect of primordial kT. In previous studies of transverse momentum spectra for Z0 production at the Tevatron, the best fit to the experimental data are given when the primordial kT is set to a much higher value than what is expected considering the confinement of partons in the proton. We here investigate the possibility that the reason for this is that too few branchings are generated in showers, compared to the evolution used in the tuning of parton densities. This could then be compensated by increasing the value of Lambda_QCD. The study is done using the regular Pythia showering routines and a new algorithm where the branchings are ordered in transverse momentum pT^2 instead of virtuality Q^2.

研究の動機と目的

• 実験的Z⁰横運動量スペクトルとモンテカルロシミュレーションの乖離を解消するため、物理的に不自然に大きな初期状態 $k_\perp$ 値を必要としていることの原因を特定すること。
• 標準Pythiaシャワリングにおける分岐不足が、大きな初期状態 $k_\perp$ 値の必要性を生じさせているかどうかを調査すること。
• シャワーレイアウトを $Q^2$ から $p_\perp^2$ に再順序することで、大きな $k_\perp$ に依存せずに $p_\perp$ スペクトルをよりよく記述できるかを検証すること。
• 最終状態シャワリングと $Λ_{\mathrm{QCD}}$ のチューニングが、Z⁰およびH⁰生成における $p_\perp$ スペクトルに与える影響を評価すること。
• 新しい $p_\perp^2$-順序シャワリングフレームワークに重いクォークを統合する可能性を検討すること。

提案手法

• 標準Pythiaシャワリングルーチンを用い、$Q^2$-順序で部分素子シャワリングと横運動量スペクトルをシミュレートする。
• 虚仮性 $Q^2$ の代わりに $p_\perp^2$ で分岐を順序づける新しいシャワリングアルゴリズムを開発し、スピンゼロ状態系の整合的進化を可能にする。
• TevatronにおけるZ⁰生成とLHCにおけるH⁰生成において、$Λ_{\mathrm{QCD}}$ および初期状態 $k_\perp$ 値を変化させた場合の $p_\perp$ スペクトルを比較する。
• Pythiaフレームワーク内で最終状態シャワリングを無効化し、$p_\perp$ スペクトルへの影響を評価する。
• $\chi^2$-最小化を用いて実験データにフィットし、最適な $Λ_{\mathrm{QCD}}$ および $k_\perp$ パrameterを特定する。
• 質量補正の影響を、修正された位相空間積分と分割関数を用いて$c$-クォークが支配する過程で分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜモンテカルロシミュレーションでは、TevatronにおけるZ⁰横運動量スペクトルに合うように、予想をはるかに上回る初期状態 $k_\perp$ を必要としているのか？
• RQ2 PythiaにおけるLeading-Log DGLAP進化への補正が、生成される $p_\perp$ スペクトルにどの程度の影響を及ぼすのか？
• RQ3 シャワーレイアウトを $Q^2$ から $p_\perp^2$ に再順序することで、$p_\perp$ スペクトルの記述がどの程度改善され、大きな初期状態 $k_\perp$ に依存しなくなるのか？
• RQ4 最終状態シャワリングは、最終状態ベクトルボソンの $p_\perp$ スペクトルにどのような影響を及ぼすのか？
• RQ5 新しい $p_\perp^2$-順序シャワリングアルゴリズムは、大きな初期状態 $k_\perp$ の必要性を低減させつつ、データと良好な一致を保てるか？

主な発見

• $\Lambda_{\mathrm{QCD}}$ をデフォルト値から増加させることで、標準Pythiaシャワリングにおける分岐不足を補い、$p_\perp$ スペクトルのフィットが向上することが判明した。
• TevatronにおけるZ⁰生成では、標準的な $Q^2$-順序シャワリングは、複数の分岐による横方向の反動が相殺されるため、$Λ_{\mathrm{QCD}}$ の変化に対して感受性が限定的である。
• Pythiaで最終状態シャワリングを無効化すると、TevatronのZ⁰データとのフィットが顕著に改善され、これらのシャワリングが $p_\perp$ スペクトルを歪めている可能性が示唆された。
• 新しい $p_\perp^2$-順序シャワリングアルゴリズムは $Λ_{\mathrm{QCD}}$ への感受性を高め、より低い $k_\perp$ 値でデータと良好な一致を得られるようになった。
• Z⁰データに対して良好なフィットが得られ、$k_\perp = 2$ GeV、$Λ_{\mathrm{QCD}} = 0.19$ GeV および $k_\perp = 1.4$ GeV、$Λ_{\mathrm{QCD}} = 0.2$ GeV の条件下で達成されたが、$k_\perp = 0.6$ GeV、$Λ_{\mathrm{QCD}} = 0.22$ GeV の条件ではわずかに悪いフィットとなった。
• 大きな初期状態 $k_\perp$ の問題は完全には解決されていないが、新しい $p_\perp^2$-順序フレームワークでは顕著に軽減されており、物理的整合性が向上していることが示唆された。