[論文レビュー] Transverse momentum resummation at small x for the Tevatron and LHC

Stefan Berge, Pavel Nadolsky+2 more|CERN Bulletin|Oct 27, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、テバトロンおよびLHCにおけるDrell-Yan様過程における小x領域の横運動量（qT）の再結合を調査し、インパクトパラメータ空間における小xパートン密度の広がりがqT分布を変化させることを提案している。この広がりにより、テバトロンにおける中央領域ではWボソン質量が10–20 MeV、前方領域では50 MeVを超えるシフトが生じる可能性があり、LHCではqTスペクトルが著しく硬くなることが示唆され、既存の予測に挑戦し、Wおよびヒッグスボソン測定の再分析が求められる。

ABSTRACT

Analysis of semi-inclusive DIS hadroproduction suggests broadening of transverse momentum distributions at $x$ below a few $10^{-3}$, which can be modeled in the Collins-Soper-Sterman formalism by a modification of impact-parameter-dependent parton densities. We discuss the consequences of such a modification for the production of electroweak bosons at hadron-hadron colliders. If substantial small-$x$ broadening is observed in forward Z boson production in the Tevatron Run-2, it will strongly affect predicted transverse momentum distributions for W, Z, and Higgs boson production at the Large Hadron Collider.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突における電弱ボソン生成における横運動量（qT）分布に及ぼす小xパートン密度広がりの影響を評価すること。
• 修正されたインパクトパラメータ依存パートン密度を用いてモデル化されたこのような広がりが、コリンズ＝ソーパー＝スターマン形式におけるqT再結合に与える影響を評価すること。
• テバトロンおよびLHCにおける横運動量および横質量法を用いたWおよびZボソン質量測定に及ぼす影響を定量化すること。
• テバトロンRun-2における前方Zボソン生成におけるqT広がりの観測可能性を検討し、LHC物理学に与える影響を評価すること。
• 信号およびバックグラウンド過程における非一様なqT広がりを考慮に入れることで、現在のLHCにおけるヒッグスボソンおよびW/Zボソン信号測定の分析戦略が見直される必要があるかどうかを評価すること。

提案手法

• インパクトパラメータ（b）空間におけるパートン密度にx依存の修正を加えたコリンズ＝ソーパー＝スターマン（CSS）形式を採用し、小x広がり効果をモデル化する。
• qT/Qおよび1/xにおける大きな対数の再結合を組み込むために、Drell-Yan過程をフレームワークとしてqT分布を研究する。
• 小xおよび低qT領域におけるqTおよび1/xの対数再結合を同時に実行するため、Ciafaloni-Catani-Fiorani-Marchesini（CCFM）方程式を適用する。
• テバトロン（CDF, DØ）およびLHC（ATLAS, CMS, TOTEM）の検出器の受容域および運動量領域を評価し、前方領域におけるqT広がりの観測可能性を決定する。
• pTe法および横質量再構成を用いて、qT広がりに起因するWボソン質量測定のずれを推定するための数値シミュレーションを実施する。
• 主要なq q̄消滅と比較して、qg/gqおよびgg散乱過程からのqTスペクトルを評価し、小x領域でqTが強化されることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 インパクトパラメータ空間における小xパートン密度広がりは、テバトロンおよびLHCにおけるWおよびZボソンの横運動量分布にどのように影響を与えるか？
• RQ2 小x領域におけるqT広がりは、横運動量または横質量法による測定において、Wボソン質量の予測値をどの程度変化させるか？
• RQ3 現在の検出器受容域を用いて、テバトロンにおける前方Zボソン生成におけるqT広がりを観測可能か？そのLHC物理学への影響は何か？
• RQ4 小x領域におけるqgおよびgg散乱寄与を組み込むことで、標準的なq q̄消滅と比較してqTスペクトルはどのように変化するか？
• RQ5 信号およびバックグラウンド過程における非一様なqT広がりを考慮に入れることで、LHCにおけるWおよびヒッグスボソン測定の分析戦略にどのような見直しが必要か？

主な発見

• インパクトパラメータ空間における小x広がりは、テバトロンにおける中央領域（|ye| < 1）でpTe法によるWボソン質量に10–20 MeVのずれを引き起こす可能性がある。
• 前方領域（|ye| > 1）では、qT広がりに起因するWボソン質量のずれが50 MeVを超える可能性があり、標準的な理論的不確実性を著しく上回る。
• LHCでは、小x広がりの影響により予測されるWボソンのqT分布が著しく硬くなることが示され、他の理論的不確実性を上回る可能性がある。
• qT広がりの効果は前方領域で顕著であり、ボソンの種別および電荷に依存し、信号およびバックグラウンド過程に異なる影響を与える。
• ヒッグスボソンγγ崩壊チャンネルにおける選択条件は、信号およびバックグラウンド分布における非一様なqT広がりを考慮に入れることで再考される必要がある。
• CDF検出器は前方Zボソンを特定する能力に制限があるが、1つの中央および1つの前方電子を持つ標本が十分な統計量があれば、小x広がりを明らかにできる可能性がある。