[論文レビュー] The small kt-region in Drell-Yan production at next-to-leading order with the Parton Branching Method

I. Bubanja, A. Bermúdez Martínez+11 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 47被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、小スケールの横運動量（kT）領域におけるDrell-Yan生成の次-leading-order（NLO）解析を、パートン分岐（PB）手法を用いて実施し、ここで真のパートン横運動量とソフトグルーオンの再結合の両方が重要である。LHCの√s = 13 TeVのデータを用い、Drell-Yan質量が50–1000 GeVの範囲で、内在的-kTパラメータをqs = 1.04 ± 0.08 GeVとして抽出した。これは中心座標系エネルギーまたはDY質量に顕著な依存性を示さず、標準的なモンテカルロジェネレータとは対照的である。

ABSTRACT

The Parton Branching (PB) method describes the evolution of transverse momentum dependent (TMD) parton distributions, covering all kinematic regions from small to large transverse momenta kT. The small kT-region is very sensitive both to the contribution of the intrinsic motion of partons (intrinsic kT) and to the resummation of soft gluons taken into account by the PB TMD evolution equations. We study the role of soft-gluon emissions in TMD as well as integrated parton distributions. We perform a detailed investigation of the PB TMD methodology at next-to-leading order (NLO) in Drell-Yan (DY) production for low transverse momenta. We present the extraction of the nonperturbative 'intrinsic-kT' distribution from recent measurements of DY transverse momentum distributions at the LHC across a wide range in DY masses, including a detailed treatment of statistical, correlated and uncorrelated uncertainties. We comment on the (in)dependence of intrinsic transverse momentum on DY mass and center-of-mass energy, and on the comparison with other approaches.

研究の動機と目的

• 小スケールkT領域におけるDrell-Yan生成の研究、ここではソフトグルーオンの放出と内在的パートン横運動量の相互作用が顕著である。
• LHCの√s = 13 TeVの測定データを用い、広い範囲のDrell-Yan質量にわたる、非摂動的内在的-kT分布の抽出。
• 内在的-kTが中心座標系エネルギーおよびDrell-Yan質量に依存する程度の評価。標準的なチューニング済みモンテカルロジェネレータと対比する。
• 理論的スケール不確実性を質量ビン内ですべて相関させ、実験的不確実性には完全な共分散行列を組み込む。
• PB-TMDフレームワークが外部PDFセットに依存せずに、同時に摂動的およびTMD分布をフィットできるかどうかの検証。

提案手法

• パートン分岐（PB）手法を運動量空間に適用し、すべてのkTスケールにおけるTMD発展を記述。摂動的および非摂動的効果を統合。
• PB-NLO-2018 Set2フレームワークを用い、qT > 1 GeVの発光では発光の横運動量で強い結合定数を評価。より弱い発光では半ハードスケールq0 = 1 GeVで評価。
• 非摂動的Sudakov形式因子は、z ∈ [zdyn, zM]領域における「事前コンfinement」スケールの規定によりモデル化。赤外ダイナミクスを捉える。
• 内在的-kT分布はガウス分布としてモデル化され、幅パラメータqsとして定義され、Drell-Yan微分断面積の低pT領域にフィット。
• qs値のスキャンは、MADGRAPH5_AMC@NLOとPB-TMD分布をマッチングさせ、完全な実験的共分散行列を含むχ²計算を用いて実施。
• システムティック不確実性は各mDYビン内での相関成分として取り扱い、スケール不確実性はビン内では完全に相関、ビン間では非相関と仮定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 小スケールkT領域において、内在的-kTパラメータはDrell-Yan質量および中心座標系エネルギーにどのように依存するか？
• RQ2 ソフトグルーオンの再結合と非摂動的Sudakov効果は、抽出された内在的-kT幅にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ3 PB-TMDフレームワークは、標準的なモンテカルロイベントジェネレータと比較して、エネルギーおよび質量にわたる内在的-kTの安定性においてどのように異なるか？
• RQ4 完全な共分散行列と相関したスケール不確実性を用いた実験的不確実性の取り扱いは、抽出されたqs値にどのような影響を及えるか？
• RQ5 PB-TMDアプローチは、外部PDFフィットに依存せずに、同時に摂動的およびTMD分布を記述できるか？

主な発見

• LHCのDrell-Yanデータ（√s = 13 TeV）を用い、Drell-Yan質量が50 GeVから1 TeVの範囲で、内在的-kTパラメータをqs = 1.04 ± 0.08 GeVとして抽出した。
• 抽出されたqs値は、陽子内のフェルミ運動の期待値と整合しており、中心座標系エネルギーまたはDrell-Yan質量に顕著な依存性を示さない。
• qsの質量およびエネルギーにわたる安定性は、チューニング済みモンテカルロジェネレータとは対照的であり、それらは√sおよびmDYの増加に伴い、内在的-kT幅を増大させる必要がある。
• 「事前コンフィネメント」スケール規定によりモデル化された非摂動的Sudakov形式因子は、内在的-kT抽出の安定化に中心的な役割を果たしている。
• PB-TMDフレームワークは、包含的DGLAP極限をうまく再現でき、外部PDFセットに依存せずに、同時に摂動的およびTMD分布をフィット可能であることを示した。
• 完全な共分散行列と相関したスケール不確実性を用いた実験的不確実性の取り扱いは、内在的-kTパラメータの堅牢かつ高精度な決定を可能にした。