[논문 리뷰] Constraints on the intrinsic charm content of the proton from recent ATLAS data

V. A. Bednyakov, Stanley J. Brodsky외 5명|arXiv (Cornell University)|2017. 12. 25.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 √s = 8 TeV에서의 pp 충돌 데이터를 이용해 양성자 내부의 고유 쿠르드 쿼크 성분에 대한 첫 번째 직접 제약 조건을 제시한다. 프롬프트 광자 생성과 쿠르드 제트를 포함하는 최종 상태를 분석함으로써, 소형-x 영역에서는 kT-팩터라이제이션, 대형-x 영역에서는 콘티누어러스 팩터라이제이션을 조합한 QCD 접근법을 적용하여, 68% 신뢰수준에서 wc¯c < 1.93%의 상한선을 도출하였다. 이 제약 조건은 주로 이론적 및 실험적 불확실성에 의해 제한된다.

ABSTRACT

Constraints on the intrinsic charm probability $\omega_{\overline{cc}}= P_{\mathrm{c}\overline{c} /\mathrm{p}}$ in the proton are obtained for thefirst time from LHC measurements. The ATLAS Collaboration data for the production of prompt photons, accompanied by a charm-quark jet in pp collisions at $\sqrt{s}$= 8 TeV, are used. The upper limit $\omega_{\overline{cc}}$ &lt; 1.93 % is obtained at the 68 % confidence level. This constraint is primarily determined from the theoretical scale and systematical experimental uncertainties. Suggestions for reducing these uncertainties are discussed. The implications of intrinsic heavy quarks in the proton for futurestudies at the LHC are also discussed.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 LHC 데이터를 이용해 양성자 내 고유 쿠르드 쿼크(ICC) 가설을 검증하기 위해.
• 실험 측정을 통해 양성자 내 고유 쿠르드 쿼크 확률 wc¯c = Pc¯c/p를 제약하기 위해.
• kT-팩터라이제이션과 콘티누어러스 QCD 접근법을 조합하여 고유 쿠르드 쿼크 추출의 이론적 및 실험적 불확실성을 감소시키기 위해.
• 미래의 LHC 연구에서 고유의 무거운 쿼크를 포함하는 사례에 대한 기준점 제공을 위해.

제안 방법

• √s = 8 TeV에서의 ATLAS 데이터를 활용하여 프롬프트 광자 생성과 함께 쿠르드 제트를 포함하는 과정을 분석한다.
• 소형-x 영역에서는 kT-팩터라이제이션, 대형-x 영역에서는 콘티누어러스 팩터라이제이션을 조합한 QCD 접근법을 적용한다.
• 비가역 광자와 쿠르드 쿼크를 생성하는 O(ααs) Compton 산란 cg∗→γc를 통해 고유 쿠르드 쿼크를 모델링한다. 이 경우 고유 광자는 비가역 상태이며, 쿼크는 가역 상태이다.
• 전통적인 양자역학적 쿠르드 기여를 위한 O(αα2s) 비가역 상태 광자 생성 과정 g∗g∗→γc¯c를 사용한다.
• CTEQ66M, CTEQ66c0, CTEQ66c1 세트를 사용하여 wc¯c = 0, 1, 3.5%에서의 파arton 분포 함수를 삼점 보간한다.
• Sherpa 몬테카를로 시뮬레이터와 분석적 QCD 계산을 활용하여 데이터와의 비교를 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최근 LHC 데이터를 바탕으로 양성자 내 고유 쿠르드 쿼크 확률 wc¯c에 대한 상한선은 무엇인가?
• RQ2 이론적 및 실험적 불확실성은 프롬프트 광자 + c-제트 데이터에서 고유 쿠르드 쿼크를 추출하는 데 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 kT-팩터라이제이션과 콘티누어러스 QCD 접근법을 조합하면 고유 쿠르드 쿼크 신호에 대한 감도를 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 고유 쿠르드 쿼크는 LHC에서의 힉스 생성 및 고에너지 간성선 천체선 상호작용에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• ATLAS의 프롬프트 광자 + c-제트 생성 데이터를 바탕으로, 양성자 내 고유 쿠르드 쿼크 확률은 68% 신뢰수준에서 wc¯c < 1.93%로 제약된다.
• 상한선는 주로 이론적 스케일 불확실성과 실험적 체계적 불확실성에 의해 결정되며, 통계적 변동성은 아님을 확인하였다.
• 소형-x 영역에서는 kT-팩터라이제이션, 대형-x 영역에서는 콘티누어러스 팩터라이제이션을 조합한 QCD 접근법은 고유 쿠르드 쿼크 추출에 대해 견고한 프레임워크를 제공한다.
• wc¯c ≤ 1.93% 범위에서 고유 쿠르드 쿼크 기여와 외부 쿠르드 쿼크 기여 간 간섭항이 무시할 수 있을 정도로 작음을 확인하였다.
• 결과는 BHPS 모델이 예측한 고유 쿠르드 쿼크 확률(1–2% 범위)의 타당성을 뒷받침한다.
• 불확실성 감소를 위한 제안으로는 횡방향 운동량 의존성의 개선된 모델링과 제트 및 광자 재구성의 실험 정밀도 향상이 포함된다.