[논문 리뷰] Constraining the Intrinsic Heavy Quark PDF via Direct Photon Production in Association with a Heavy Quark Jet

K. Kovařı́k, T. Stavreva|arXiv (Cornell University)|2012. 06. 11.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 5인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 고운동량 분율(x)에서 내재된 쿠르트 편포화분포함수(PDF)를 탐색하기 위해 직접 광자 생성과 함께 무거운 쿼크 제트를 이용하는 방법을 제안한다. 테바트론, RHIC, LHC에서의 NLO 예측을 분석함으로써, 고광자 횡운동량에서의 데이터와 표준 PDF 모델 간의 격리가 BHPS와 같은 내재된 쿠르트 모델에 의해 부분적으로 설명될 수 있음을 보여준다. 이 모델은 큰 x에서 쿠르트 PDF를 강화한다.

ABSTRACT

We investigate a possible use of direct photon production in association with a heavy quark to test different models of intrinsic heavy quark parton distribution function (PDF) at the Tevatron, at the large hadron collider (LHC) and at RHIC.

연구 동기 및 목표

• 테바트론에서 직접 광자 + 무거운 쿼크 제트 생성에 대한 NLO QCD 예측과 실험 데이터 간의 관측된 격리가 내재된 무거운 쿼크 PDF에 의해 설명될 수 있는지 조사하기 위해.
• 특히 고x 영역에서 내재된 쿠르트 모델에 대한 직접 광자 + 무거운 쿼크 제트 생성의 민감도를 평가하기 위해.
• 중심질량 에너지와 운동역학적 범위에 따라 테바트론, RHIC, LHC에서 이 과정의 탐지 능력을 비교하기 위해.
• BHPS 모델과 해와 유사한 내재된 쿠르트 모델이 고광자 횡운동량에서의 데이터 이탈을 설명할 수 있는지 평가하기 위해.
• 글루온에서의 표준 양자장론적 진화 외에 비방사성 내재 기여를 쿠르트 PDF에 대해 테스트할 수 있는 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• 직접 광자 생성과 함께 무거운 쿼크 제트를 생성하는 과정 $gQ \to \gamma Q$에 대해 1차 순서(LO) 및 다음 차수 순서(NLO) QCD 계산을 사용하여 모델링한다.
• D0(테바트론), PHENIX(RHIC), CMS(LHC) 실험과 일치하는 광자 및 무거운 쿼크 제트의 횡운동량, 빠르기, 고립 조건에 대한 운동역학적 절단 조건을 적용한다.
• BHPS 모델(큰 x에서 쿠르트 PDF를 강화함)과 해와 유사한 모델(경량 쿼크 해 분포에 비례함)을 사용하여 내재된 쿠르트 기여가 있는지 없는지에 따라 NLO 예측을 비교한다.
• 내재된 쿠르트 효과가 가장 뚜렷하게 드러나는 영역을 식별하기 위해 광자 횡운동량($p_T$)에 대한 미분 단면적을 분석한다.
• 테바트론, RHIC, LHC 간의 민감도를 비교하기 위해 부분입자 운동량 분율 $x$에서의 운동역학적 범위를 평가하며, RHIC는 낮은 $\sqrt{s}$로 인해 고x 효과에 가장 민감하다.
• 특히 고-$p_T$ 영역에서 표준 NLO 예측과 다름을 보이는 D0 데이터를 기준으로 모델 예측을 테스트한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 테바트론에서 직접 광자 + 쿠르트 제트 생성에 대한 D0 실험 데이터와 NLO QCD 예측 간의 관측된 격리가 PDF 내부의 내재된 쿠르트에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ2 특히 BHPS 모델과 해와 유사한 모델을 포함한 다양한 내재된 쿠르트 모델이 직접 광자 + 무거운 쿼크 제트 생성의 미분 단면적에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 직접 광자 + 무거운 쿼크 제트 과정이 왜 고운동량 분율(x)에서 내재된 쿠르트에 특히 민감한가?
• RQ4 다른 충돌기(Tevatron, RHIC, LHC) 간에 내재된 쿠르트에 대한 민감도는 어떻게 달라지며, 중심질량 에너지가 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 BHPS 모델이 테바트론에서 관측된 고-$p_T$ 광자 데이터 과잉을 어느 정도 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 테바트론의 D0 실험 데이터는 고광자 횡운동량($p_T > 20$ GeV)에서 표준 NLO QCD 예측과 명백한 격리를 보이며, 특히 내재된 쿠르트 효과가 기대되는 영역에서 그렇다.
• BHPS 모델은 큰 $x$에서 쿠르트 PDF를 강화하여 고$ p_T $에서 직접 광자 + 쿠르트 제트 생성의 단면적을 측정 가능한 정도로 증가시킨다.
• BHPS 모델이 D0 데이터 과잉을 완전히 설명하지는 않지만, 부분적으로 설명을 제공하며 쿠르트 PDF에 비방사성 내재 기여가 존재할 가능성을 시사한다.
• 직접 광자 + 무거운 쿼크 제트 과정은 RHIC에서 내재된 쿠르트에 가장 민감하다. 이는 낮은 중심질량 에너지로 인해 PDF의 고x 값들을 더 잘 탐색하기 때문이다.
• LHC에서는 여전히 내재된 쿠르트에 민감하지만, 더 높은 $\sqrt{s}$로 인해 RHIC에 비해 고x 효과에 대한 상대적 민감도가 낮아진다.
• 표준 PDF를 사용한 NLO 계산은 고-$p_T$ 광자 데이터를 설명하지 못하며, 이는 글로벌 PDF 피팅에 추가 기여(예: 내재된 쿠르트)를 고려해야 한다는 것을 시사한다.