[논문 리뷰] A Determination of the Charm Content of the Proton

Richard D. Ball, Valerio Bertone외 7명|arXiv (Cornell University)|2016. 05. 20.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 98인용 수 25

한 줄 요약

이 논문은 FONLL 체계를 질량이 있는 쿠르드를 고려해 일반화하여, 빛 퀀크들과 글루온과 동일한 수준에서 쿠르드 쿼크 PDF를 다루는 프로톤의 파arton 분포 함수(PDF)에 대한 글로벌 피팅을 제시한다. 이는 Q ~ 1.5 GeV에서 프로톤의 운동량의 약 1%에 해당하는 비양자역학적 쿠르드 성분이 존재함을 발견하며, 쿠르드 질량의 변화에 대해 안정적이고 다른 PDF들의 m_c 의존성도 감소시킨다.

ABSTRACT

We present an unbiased determination of the charm content of the proton, in which the charm parton distribution function (PDF) is parametrized on the same footing as the light quarks and the gluon in a global PDF analysis. This determination relies on the calculation of deep-inelastic structure functions in the FONLL scheme, generalized to account for massive charm-initiated contributions. In contrast to the usual situation in which the charm PDF is assumed to be generated perturbatively by pair radiation off gluons and light quarks, vanishing at a scale set by the value of the charm mass m_c, we find that the fitted charm PDF vanishes within uncertainties at a scale Q~1.5 GeV for all x ~0.1 and low scales does not vanish, but rather has an intrinsic component, very weakly scale dependent and almost independent of the value of m_c, carrying about 1% of the total momentum of the proton. The uncertainties in all other PDFs are only slightly increased by the inclusion of fitted charm, while the dependence of these PDFs on m_c is significantly reduced. When the EMC charm structure function dataset is included, it is well described by the fit, and PDF uncertainties in the fitted charm PDF are significantly reduced, though we verify that excluding the EMC data does not qualitatively modify any of our findings. The increased stability with respect to m_c persists at high scales and is the main implication of our results for LHC phenomenology. Fitting the charm PDF modifies the predictions for processes such as high p_T and large rapidity charm pair production and Z+c production, and thus we expect that future LHC data will further constrain the charm content of the proton.

연구 동기 및 목표

• 낮은 스케일에서 쿠르드 PDF가 0이 되는 것으로 가정하지 않고 프로톤의 쿠르드 성분을 결정하기 위해.
• PDF들이 임의의 쿠르드 쿼크 질량 스케일 m_c 에 대한 의존성을 줄이기 위해.
• 비양자역학적 쿠르드 성분을 포함시켜 LHC 현상학을 위한 PDF 피팅의 안정성과 신뢰성을 향상시키기 위해.
• EMC 쿠르드 구조 함수 데이터셋이 피팅된 쿠르드 PDF와 그 불확실성에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 쿠르드 PDF를 피팅함으로써 고에너지에서의 고pT 및 고속도 쿠르드 쌍 및 Z+c 생성 예측에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 빛 퀀크들과 글루온과 동일한 수준에서 쿠르드 PDF를 매개변수화하는 글로벌 PDF 분석을 수행한다.
• 질량이 있는 쿠르드가 유도하는 깊은 비탄성 산란 기여를 포함하도록 FONLL 체계를 일반화한다.
• 낮은 스케일 Q ~ 1.5 GeV 에서 쿠르드 PDF를 자유 매개변수로 피팅하여 내재된 비양자역학적 성분을 允허한다.
• 피팅된 쿠르드 PDF를 제약하고 불확실성을 줄이기 위해 EMC 쿠르드 구조 함수 데이터셋을 포함한다.
• EMC 데이터 유무와 다양한 m_c 값에서의 피팅을 비교하여 결과의 안정성을 평가한다.
• 피팅된 쿠르드 PDF가 LHC 현상학에 관련된 고에너지 과정에 미치는 영향을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 쿠르드 PDF가 낮은 스케일에서 0이 되는 것으로 가정하지 않을 경우, 프로톤의 내재 쿠르드 성분은 무엇인가?
• RQ2 비양자역학적 쿠르드 PDF 성분을 포함함으로써 다른 PDF들의 불확실성과 m_c 의존성은 어떻게 변화하는가?
• RQ3 EMC 쿠르드 구조 함수 데이터셋이 피팅된 쿠르드 PDF를 어느 정도 제약하는가?
• RQ4 쿠르드 쿼크 질량 m_c 의 변화에 대해 결과는 얼마나 안정한가?
• RQ5 쿠르드 PDF를 피팅함으로써 고pT 및 고속도 쿠르드 쌍 및 Z+c 생성에 대한 예측은 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• 피팅된 쿠르드 PDF는 Q ~ 1.5 GeV 에서 비제로인 내재 성분을 가지며, x ~ 0.1 에서 약 1%의 운동량 분율을 차지한다.
• 이 내재 쿠르드 성분은 스케일에 대해 약한 의존성을 보이며, 쿠르드 쿼크 질량 m_c 에 거의 영향을 받지 않는다.
• 쿠르드 PDF를 포함시킴으로써 다른 PDF들의 불확실성은 약간 증가하지만, 그들의 m_c 의존성은 크게 감소한다.
• EMC 쿠르드 구조 함수 데이터셋은 피팅에 잘 맞으며, 쿠르드 PDF의 불확실성을 감소시킨다.
• EMC 데이터를 생략해도 결과의 정성적 특성은 변하지 않아 내재 쿠르드 성분의 견고성을 확인한다.
• 고스케일에서 PDF의 m_c 의존성에 대한 안정성이 유지되며, 이는 신뢰할 수 있는 LHC 현상학에 필수적이다.