[論文レビュー] Unfolding of target mass contributions from inclusive proton structure function data

M. E. Christy, J. Blümlein+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 3, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、摂動的QCD展開に依存せず、$F_2^p$ および $F_L^p$ データに対するグローバルフィットを用いて、荷電レプトン深エネルギーシンチルスキャッタリングにおける包含的陽子構造関数データから標的に寄与する質量項（TMCs）を分離するための新規なアンフォールディング手順を提示する。この手法は優れたフィットを達成する（$F_2$ について $χ^2$/DoF = 1.01、$F_L$ について 0.93）、かつパラメータ化されたTMCsを提供し、大 $x$ および低 $Q^2$ における高次チルク効果および摂動的QCDのより明確な研究を可能にする。

ABSTRACT

We report on the extraction of the target mass contributions to the unpolarized proton structure functions by applying an unfolding procedure to the available world data from charged lepton scattering. The method employed is complementary to recent and future parton distribution function fits including target mass contributions and the results obtained can be utilized to further study perturbative QCD at large Bjorken x and small $Q^2$ . Global fits are performed to both the available $F^2$ and the separated $F_L$ ($F_1$) data which yield excellent descriptions and provides parameterizations of the extracted target mass contributions.

研究の動機と目的

• 包含的陽子構造関数データにおける標的質量寄与（TMCs）を高次チルク効果および摂動的QCD効果から分離する課題に対処すること。
• 高 $x$ データが運動的カットによって除外されるため $Q^2$ の分解能が低下し、不確実性が増大する標準的PDFフィットの制限を克服すること。
• 摂動的でないアンフォールディングアプローチを用いて、非極化陽子構造関数 $F_2^p$ および $F_L^p$ におけるTMCsのパラメータ化を提供すること。
• TMCsが無視できない大 $x$ および低 $Q^2$ における摂動的QCDの改善された研究を可能にすること。
• TMCsを質量ゼロの極限における構造関数から明確に分離することで、クォーク-ハドロン双対性および高次チルク効果の今後の分析を支援すること。

提案手法

• 荷電レプトン散乱実験の世界データにアンフォールディング手順を適用し、$F_2^p$ および $F_L^p$ における標的質量寄与（TMCs）を抽出する。
• オペレータ積展開（OPE）内でのGeorgi-Politzer形式を用いてTMCsをモデル化し、有限次の $\alpha_s$ 展開を避ける。
• MINUITを用い、TMC式の数値的積分に最適化されたFORTRANルーチン（DAIND）を用いて、$F_2^p$ および $F_L^p$ データに対するグローバルフィットを実施する。
• BCDMS、NMC、SLAC、H1、ZEUS、ジェファーソンラボホールC（E99-118、E94-110）のデータを用い、L/T分離により $F_2$ および $F_L$ データセット間の相関を最小限に抑える。
• $F_L$ データを $R = F_L / (2x F_1)$ および ALLM パラメータ化された $F_2$ から構築し、$R$ データおよび $F_2$ パラメータ化の誤差を反映させるために追加の不確実性を加える。
• フィットがその値に敏感でないパラメータ（例：$C_1^L$）を固定することで、安定性および収束性を向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして摂動的QCD展開に依存せず、$\alpha_s$ の展開に依存せずに包含的陽子構造関数データから標的質量寄与を分離できるか？
• RQ2 標的質量効果が、$x > 3 \times 10^{-5}$ および $Q^2 > 0.1~\text{GeV}^2$ の運動的範囲全域で $F_2^p$ および $F_L^p$ 構造関数に与える定量的影響は何か？
• RQ3 グローバルアンフォールディング手順は、TMCsを質量ゼロの極限寄与から分離しつつ、$F_2^p$ および $F_L^p$ の世界データをどの程度よく記述できるか？
• RQ4 $F_L^p$ データはグルーオン分布を制約する役割を果たすのか？ また、TMCsを高次チルク効果から分離するのにはどのように利用できるか？
• RQ5 標準的PDFフィット（$\alpha_s$ の摂動的展開を介してTMCsを含む）から抽出されたTMCsと、本研究で得られたTMCsはどのように比較できるか？

主な発見

• $F_2^p$ データに対するグローバルフィットは、$x > 3 \times 10^{-5}$ および $Q^2 > 0.1~\text{GeV}^2$ の範囲で、$\chi^2$ 毎自由度が 1.01 であり、データの優れた記述を示している。
• $F_L^p$ データに対するフィットは、$\chi^2$ 毎自由度が 0.93 であり、データと高い一貫性を示しているが、$Q^2 > 3~\text{GeV}^2$ の $0.005 < x < 0.3$ 範囲にデータが乏しいため制限を受ける。
• 抽出されたTMCsは、表3および表4のフィット係数を用いてパラメータ化されており、将来的なQCD研究のための $F_2^{TM}(x,Q^2)$ および $F_L^{TM}(x,Q^2)$ の正確な再構築を可能にする。
• フィット結果とデータの比較では、$Q^2$ 全域で良好な一致が得られ、特にTMCsに最も敏感な $x > 0.5$ の領域について詳細なズームインが示されている。
• アンフォールディング手法は、$\alpha_s$ の有限次の展開を仮定せず、質量ゼロの極限構造関数からTMCsを明確に分離でき、標準的PDFフィットとは補完的なアプローチを提供する。
• 完全な共分散行列を備えた最適化されたFORTRANコードは要請に応じて提供可能であり、再現性およびグローバル解析や双対性研究へのさらなる利用を可能にする。