[논문 리뷰] Center-of-mass energy dependence of intrinsic-$k_T$ distributions obtained from Drell-Yan production

I. Bubanja, H. Jung외 3명|arXiv (Cornell University)|2024. 04. 05.

advanced mathematical theories인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 Drell-Yan 과정에서 사용되는 내재적-kT 분포의 중심질량에너지(√s) 의존성의 기원을 조사한다. 유한한 횡방향 운동량 절단 q0 를 가진 파트온 분열(PB) 방법을 사용하여, 파트온 쇼워 생성기에서 관측되는 √s 의존성이 비양자역학적 물리에서 기인하는 것이 아니라 q0 이하의 소프트 글루온 방출의 잘라내기에서 기인한다는 것을 보여준다. 주요 발견은 q0 절단을 도입함으로써 log(qs) 대 log(√s) 의 선형 로그 스케일링이 나타나며, q0 가 증가할수록 기울기가 커진다는 것이다. 이는 소프트 글루온 처리가 에너지 의존성의 근본 원인임을 확인한다.

ABSTRACT

The internal motion of partons inside hadrons has been studied through its impact on very low transverse momentum spectra of Drell–Yan (DY) pairs created in hadron-hadron collisions. We study DY production at next-to-leading order using the Parton Branching (PB) method which describes the evolution of transverse momentum dependent parton distributions. The main focus is on studying the intrinsic transverse momentum distribution (intrinsic-$k_{ extrm{T}}$) as a function of the center-of-mass energy $\sqrt{s}$. While collinear parton shower Monte Carlo event generators require intrinsic transverse momentum distributions strongly dependent on $\sqrt{s}$, this is not the case for the PB method. We perform a detailed study of the impact of soft parton emissions. We show that by requiring a minimal transverse momentum, $q_0$, of a radiated parton, a dependence of the width of the intrinsic-$k_{ extrm{T}}$ distribution as a function of $\sqrt{s}$ is observed. This dependence becomes stronger with increasing $q_0$.

연구 동기 및 목표

• 파트온 쇼워 생성기(내재적-kT 폭에 대해 강한 √s 의존성을 보임)와 PB 방법(약간의 또는 √s 의존성이 없는 것으로 예측함) 사이의 괴리 문제를 해결하기 위해.
• 현상학적 파트온 쇼워 모델에서 관측된 √s 의존성이 비양자역학적 물리에서 기인하는지, 아니면 소프트 글루온 처리에서 기인하는지 조사하기 위해.
• PB 프레임워크에서 TMD 분포의 진화에 최소 횡방향 운동량 절단 q0 를 도입했을 때의 영향을 시험하기 위해.
• 왜 PB 기반 TMD는 √s 의존성이 없지만, 파트온 쇼워 모델은 √s 의존적인 내재적-kT 분포가 필요로 하는지 명확히 하기 위해.

제안 방법

• 파트온 분열(PB) 방법을 사용하여 DGLAP 진화 방정식을 반복적으로 해결하며, 수디코프 형식 인자로 파트온 분열을 모델링한다.
• 유한한 q0 절단을 도입하여 방출된 파트온의 횡방향 운동량에 대해 PB TMD 진화 방정식을 수정하며, z 적분 범위를 z < 1 - q0/q′ 으로 제한한다.
• 비양자역학 영역(z > 1 - q0/q′) 은 수디코프 형식 인자를 편리하게 양자역학적 및 비양자역학적 구성요소로 나누어 분리한다.
• NLO 하드 산란 단면적과 일관성을 확보하기 위해 재피팅 없이 PB-NLO-2018 Set2 시작 분포를 사용한다.
• 다양한 √s 값(27.4 GeV 에서 13 TeV 까지) 에서 Drell-Yan 데이터에 PB 예측을 맞추어 내재적-kT 폭 qs 를 추출한다.
• 95% 신뢰수준의 불확실성 밴드를 포함한 log(qs) 대 log(√s) 의 선형 피팅을 수행하여 에너지 의존성을 정량화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 파트온 쇼워 이벤트 생성기는 √s 의존적인 내재적-kT 분포가 필요로 하는 반면, PB 기반 TMD는 그렇지 않은가?
• RQ2 현상학적 모델에서 관측된 √s 의존성이 비양자역학적 물리에서 기인하는가, 아니면 소프트 글루온 처리에서 기인하는가?
• RQ3 파트온 방출 횡방향 운동량에 유한한 q0 절단을 도입하면 PB 프레임워크에서 내재적-kT 폭에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 q0 절단이 내재적-kT 분포의 √s 의존성 강도에 얼마나 기여하는가?
• RQ5 PB 방법이 소프트 글루온을 잘라내었을 때 PYTHIA 및 HERWIG에서 관측된 √s 의존성을 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 방출된 파트온의 횡방향 운동량에 대해 유한한 q0 절단을 도입하면, q0 → 0 극한에서 관측되지 않는 측정 가능한 √s 의존성이 내재적-kT 폭 qs 에 나타난다.
• log(qs) 가 log(√s) 에 대해 선형이며, 기울기는 q0 = 1 GeV 에서 약 0.15 에서 q0 = 2 GeV 에서 약 0.25 로 증가한다.
• q0 = 1 GeV 일 경우, 내재적-kT 폭은 √s = 38.8 GeV 에서 약 0.8 GeV 에서 √s = 13 TeV 에서 약 1.4 GeV 으로 증가한다.
• q0 = 2 GeV 일 경우, 폭은 √s = 38.8 GeV 에서 약 1.0 GeV 에서 √s = 13 TeV 에서 약 2.2 GeV 으로 증가하여 √s 에 더 민감한 것으로 나타난다.
• q0 = 0.000001 GeV 경우는 √s 의존성이 없음을 보여, 소프트 글루온 잘라내기가 에너지 의존성의 근본 원인임을 확인한다.
• 결과는 파트온 쇼워 모델에서의 √s 의존성이 q0 절단의 산물이며, 비양자역학적 물리의 본질적인 특성은 아니라는 것을 확인한다.