[論文レビュー] Transverse momentum dependent quark distributions and polarized Drell-Yan processes

Jian Zhou, Feng Yuan+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 104被引用数 66

ひとこと要約

本稿は、共線的因子分解と横運動量依存性（TMD）因子分解のアプローチを用いて、大横運動量領域におけるスピン依存性クォーク分布を調査する。TMDクォーク分布 g₁ᵀ と h₁ᴸ がトレランス3次元クォーク-グルーオン相関関数で表され、極化Drell-Yan過程におけるレプトン対の角度分布に関して、2つのフレームワークの整合性が示されている。

ABSTRACT

We study the spin-dependent quark distributions at large transverse momentum. We derive their transverse momentum behaviors in the collinear factorization approach in this region. We further calculate the angular distribution of the Drell-Yan lepton pair production with polarized beams and present the results in terms of the collinear twist-three quark-gluon correlation functions. In the intermediate transverse momentum region, we find that the two pproaches: the collinear factorization and the transverse momentum dependent factorization approaches are consistent in the description of the lepton pair angular distributions.

研究の動機と目的

• 極化ビームを伴う一般のDrell-Yan過程へ、共線的因子分解とTMD因子分解の整合性を拡張すること。
• トレランス3次元クォーク-グルーオン相関関数を用いて、大横運動量 k⊥ ≫ ΛQCD における横運動量依存性（TMD）クォーク分布 g₁ᵀ と h₁ᴸ を計算すること。
• 極化しているクォーク-クォーク散乱におけるDrell-Yanレプトン対の角度分布を導出し、単一スピン非対称性 AUT と二重スピン非対称性 ALT に注目すること。
• TMD分布と共線的トレランス3次元相関関数との間の関係を確立すること、特にナチュラル時間反転対称性を保つが k⊥ に依存する分布に関して。
• 中間的横運動量領域における、共線的因子分解とTMD因子分解フレームワークの予測の整合性を検証すること。

提案手法

• 共線的因子分解フレームワーク内での摂動的QCDを用いて、大 k⊥ におけるTMDクォーク分布 g₁ᵀ(x, k⊥) と h₁ᴸ(x, k⊥) を導出する。
• TMD分布を新しいトレランス3次元相関関数 ˜g(x)、˜h(x)、および一般トレランス3次元クォーク-グルーオン相関関数 GD、˜GD、HD、ED で表現する。
• 共線的アプローチにおけるトレランス3次元クォーク-グルーオン相関の寄与を含めた、極化Drell-Yan過程の微分断面積を計算する。
• 同じ観測量について、共線的因子分解アプローチの結果とTMD因子分解形式の結果を比較する。
• 同じ形式を [31, 32, 33] と同一にすることで、2つのフレームワーク間の整合性チェックを確保する。
• Drell-Yanレプトン対の角度分布を分析し、スピン非対称性 AUT と ALT に注目し、それらをTMD分布およびトレランス3次元関数と関連付ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大横運動量 k⊥ ≫ ΛQCD におけるTMDクォーク分布 g₁ᵀ と h₁ᴸ はどのように振る舞うか？
• RQ2 共線的因子分解アプローチにおいて、TMD分布 g₁ᵀ と h₁ᴸ とトレランス3次元クォーク-グルーオン相関関数の間にはどのような関係があるか？
• RQ3 極化Drell-Yan過程におけるレプトン対の角度分布に関して、共線的因子分解とTMD因子分解フレームワークの予測はどの程度整合しているか？
• RQ4 新しいトレランス3次元関数 ˜g(x) と ˜h(x) はTMD分布 g₁ᵀ(x, k⊥) においてどのような役割を果たすか？
• RQ5 Drell-Yan過程におけるスピン非対称性 AUT と ALT は、1つのハドロンからのトレランス3次元クォーク-グルーオン相関関数にどのように依存するか？

主な発見

• TMDクォーク分布 g₁ᵀ(x, k⊥) と h₁ᴸ(x, k⊥) は、トレランス3次元クォーク-グルーオン相関関数 ˜g(x)、˜h(x)、GD、˜GD、HD、ED を用いて、大横運動量 k⊥ ≫ ΛQCD で導出された。
• 2つの形式—共線的因子分解とTMD因子分解—が、中間的横運動量領域におけるレプトン対の角度分布を記述する点で整合していることが示された。
• 極化Drell-Yan過程における単一スピン非対称性 AUT と二重スピン非対称性 ALT は、トレランス3次元クォーク-グルーオン相関関数を用いて計算され、g₁ᵀ と h₁ᴸ からの寄与が明確に分離された。
• TMD分布 g₁ᵀ と h₁ᴸ の横運動量依存性は、leading-twist分布に存在しない新しいトレランス3次元関数 ˜g(x) と ˜h(x) によって支配されていることが判明した。
• 一般Drell-Yan角度分布にASTとALT両非対称性を含む文脈において、2つのフレームワークの整合性が初めて確認された。
• Sivers関数やBoer-Mulders関数に関する先行研究を拡張し、ナチュラル時間反転対称性を保つが k⊥ に依存するTMD分布を含む、スピン依存性部分子分布のより包括的な画像が得られた。