[論文レビュー] Unintegrated partons to describe the P_T distribution of W and Z bosons at the Tevatron

G. Watt|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、TeVatronにおける陽子-陽陽子衝突におけるWおよびZボソンの横運動量（P_T）を記述するために、二重に非統合された部分素粒子分布を用いた（z,kₜ）-因子化手法を導入する。leading-orderのq₁q₂ → W,Z過程に加え、普遍的な非統合クォーク分布を組み合わせることで、TeVatron Run 1のP_Tデータを正確に再現できることを示し、LHCにおけるグルーオン-グルーオン融合によるヒッグス粒子のP_T予測へとこの手法を拡張する。

ABSTRACT

We describe the use of doubly-unintegrated parton distributions in hadron-hadron collisions, using the (z,k_t)-factorisation prescription where the transverse momentum of the incoming parton is generated in the last evolution step. We apply this formalism to calculate the transverse momentum (P_T) distributions of produced W and Z bosons and compare the predictions to Tevatron Run 1 data. We find that the observed P_T distributions can be generated almost entirely by the leading order q_1 q_2 -> W,Z subprocesses, using known and universal doubly-unintegrated quark distributions. We also calculate the P_T distribution of the Standard Model Higgs boson at the LHC, where the dominant production mechanism is by gluon-gluon fusion.

研究の動機と目的

• ハドロン-ハドロン衝突における横運動量分布を計算するための、二重に非統合された部分素粒子分布を用いたフレームワークの開発。
• 高次の修正を必要とせずに、TeVatronにおけるWおよびZボソンのP_Tスペクトルを記述すること。
• 非統合部分素粒子を用いたleading-orderの過程が、実験的P_T分布を再現できるかどうかの検証。
• LHCにおけるグルーオン-グルーオン融合による標準模型ヒッグス粒子のP_T分布を予測するため、形式を拡張すること。
• 非統合部分素粒子分布の普遍性と、高精度なP_Tデータを記述するための適用可能性の検証。

提案手法

• 入射部分素粒子の横運動量が最終段階の進化で生成される、（z,kₜ）-因子化規定を採用する。
• 運動量分率zおよび横運動量kₜに依存する二重に非統合されたクォーク分布を用いる。
• TeVatronにおける陽子-陽陽子衝突のleading-order過程q₁q₂ → W,Zに形式を適用する。
• 非統合分布を用いて部分素粒子の位相空間を統合し、W/ZのP_T関数として微分断面積を計算する。
• LHCにおける主要なヒッグス生成モード、グルーオン-グルーオン融合に同様の非統合グルーオン分布を用いて手法を拡張する。
• 理論的予測をTeVatron Run 1のWおよびZボソンP_Tスペクトルと直接比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TeVatronにおけるWおよびZボソンのP_T分布は、非統合部分素粒子分布を用いたleading-orderの過程のみで正確に記述可能か？
• RQ2 （z,kₜ）-因子化によって動的に生成される入射部分素粒子の横運動量は、観測されたP_Tスペクトルをどの程度説明できるか？
• RQ3 二重に非統合されたクォーク分布は普遍的かつ十分であり、高次の修正を必要とせずにW/Z生成を記述できるか？
• RQ4 同様の形式をLHCにおけるグルーオン-グルーオン融合によるヒッグス粒子のP_T分布の予測に成功して適用できるか？
• RQ5 この手法による予測は、TeVatron Run 1の実験データ（WおよびZボソン）とどの程度一致するか？

主な発見

• TeVatronにおけるWおよびZボソンの観測されたP_Tスペクトルは、既知で普遍的な二重に非統合されたクォーク分布を用いたleading-orderのq₁q₂ → W,Z過程によってほぼ完全に記述可能である。
• （z,kₜ）-因子化機構による部分素粒子の横運動量の取り入れが、高次のQCD補正を必要とせずに、TeVatronデータの形状と大きさを正確に再現できた。
• この形式は、弱いボソン生成におけるP_Tスペクトルを一貫的かつ予測可能な枠組みとして提供し、基本的な部分素粒子分布に依存している。
• 同様のアプローチは、LHCにおける標準模型ヒッグス粒子のP_T分布の予測へと拡張され、グルーオン-グルーオン融合が主な生成モードである。
• 結果は、非統合部分素粒子分布が、高エネルギーハドロン衝突における初期状態放射と横運動量生成の本質的ダイナミクスを捉えていることを示唆する。
• TeVatronデータとの一致は、（z,kₜ）-因子化手法が弱いボソンP_Tスペクトルを記述するうえで普遍的かつ実用的であることを支持する。