[論文レビュー] Realistic estimate of valence transversity distributions from inclusive dihadron production

Marco Radici, Aurore Courtoy+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 52被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、コラinear因子化とCOMPASSおよびBelleからの更新済みデータを用いて、アップクォークおよびダウンクォークの励起状態横断的分布の、これまでで最も正確な抽出を提示する。二重ハドロン分岐関数の再分析にレプリカ法を適用し、陽子および重水素標的に精密な半包含的深エネルギー散乱（SIDIS）データと組み合わせることで、横断的分布の不確実性推定が最も現実的になることが明らかになった。特に高x領域における励起状態ダウンクォークは、Soffer限界に強く制約されていることが示された。

ABSTRACT

We present an updated extraction of the transversity parton distribution based on the analysis of pion-pair production in deep-inelastic scattering off transversely polarized targets in collinear factorization. Data for proton and deuteron targets make it possible to perform a flavor separation of the valence components of the transversity distribution, using di-hadron fragmentation functions taken from the semi-inclusive production of two pion pairs in back-to-back jets in e+e- annihilation. The e+e- data from Belle have been reanalyzed using the replica method and a more realistic estimate of the uncertainties on the chiral-odd interference fragmentation function has been obtained. Then, the transversity distribution has been extracted by using the most recent and more precise COMPASS data for deep-inelastic scattering off proton targets. Our results represent the most accurate estimate of the uncertainties on the valence components of the transversity distribution currently available.

研究の動機と目的

• より現実的な誤差解析手法を用いることで、励起状態横断的分布の不確実性推定の精度を向上させること。
• COMPASSの陽子および重水素標的に得られたデータを用いて、アップクォークおよびダウンクォークのフレーバー分離抽出を実施すること。
• Belleの$e^{+}e^{-}$消滅データをレプリカ法を用いて再分析し、二重ハドロン分岐関数の不確実性推定をより信頼性高く行うこと。
• $\alpha_s(M_Z^2)$および$\Lambda_{\text{QCD}}$などの理論的パラメータが横断的分布の結果に与える感度を評価すること。
• 新しい実験的データおよび未来の測定結果を踏まえた、テンソル荷重およびアイソベクトル結合への影響を評価すること。

提案手法

• Belleの$e^{+}e^{-}$消滅データにレプリカ法を適用し、従来のヘッシアン法よりも現実的な不確実性推定が得られる二重ハドロン分岐関数（DiFFs）を抽出する。
• 抽出されたDiFFsをコラinear因子化フレームワークに組み込み、横断的に偏光した陽子および重水素標的に対する二ハドロン半包含的深エネルギー散乱（SIDIS）を記述する。
• COMPASSの$(\pi^+\pi^-)$対生成データのランダムレプリカを生成し、励起状態横断的分布$h_1^{u,v}$および$h_1^{d,v}$を抽出する。
• すべてのパラメータ化シナリオにおいて、物理的整合性を保つためにSoffer限界を制約条件として適用する。
• $\alpha_s(M_Z^2)$の感度分析を、2つの異なるパラメータ化法を用いて実施し、最終結果に与える影響は最小限にとどまる。
• 全$x \in [0,1]$への外挿を実施し、第一モーメント（テンソル荷重）を計算する。不確実性の伝播はレプリカ法で処理する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準的なヘッシアン法と比較して、二重ハドロン分岐関数の不確実性をどのようにより現実的に推定できるか？
• RQ2 更新されたCOMPASSデータは、アップクォークおよびダウンクォークの励起状態横断的分布抽出の精度をどの程度向上させるか？
• RQ3 なぜすべてのレプリカにおいて、励起状態ダウンクォークの横断的分布が$x \gtrsim 0.1$でSoffer限界に到達するのか？
• RQ4 抽出された横断的分布は、単一ハドロンSIDISにおけるコリンズ効果に基づく他の手法とどの程度一致するか？
• RQ5 $\alpha_s(M_Z^2)$および$\Lambda_{\text{QCD}}$の理論的不確実性が、最終的な横断的分布にどのような影響を与えるか？

主な発見

• COMPASS陽子データの高精度化により、励起状態アップクォークの横断的分布の68%信頼区間は、以前の抽出結果よりも狭くなっている。
• すべてのレプリカにおいて、励起状態ダウンクォークの横断的分布は、関数形や進化パラメータにかかわらず、$x \gtrsim 0.1$でSoffer限界に到達している。
• この挙動は主にCOMPASSの重水素標的データにおける2つの特定のビンに起因しており、以前の研究でも確認された結果である。
• 抽出された横断的分布は、特に$x \lesssim 0.1$領域で、コリンズ効果に基づく既存のパラメータ化と良好に一致している。
• 実験的$x$範囲内での積分による切り詰めテンソル荷重は、Ref. Kang:2014zzaの結果と整合的であるが、データ範囲外への外挿に伴い、完全な外挿テンソル荷重には大きな不確実性が伴う。
• アイソベクトルテンソル荷重$g_T$は、格子QCDの結果と整合的であるが、測定$x$範囲外への外挿が必要なため、大きな不確実性を伴っている。