[논문 리뷰] Energy-scaling behavior of intrinsic transverse momentum parameters in Drell-Yan simulation

Hayrapetyan, Aram, Tumasyan, Armen외 2405명|arXiv (Cornell University)|2024. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 PYTHIA 8 및 HERWIG 7 이벤트 생성기들을 사용하여 Drell-Yan 과정에서의 내재된 횡방향 운동량(kT) 매개변수의 에너지 스케일링 행동을 조사한다. 중심질량 에너지에서 세 개의 주요 스케일과 이중립온의 진동 질량에서 두 개의 스케일에 걸쳐 kT 매개변수를 조정함으로써, 저자들은 고정된 √s에서 진동 질량에 독립적인 보편적인 에너지 스케일링 행동을 발견하였으며, 이는 다양한 에너지 스케일에서 강인한 비학률 QCD 효과임을 시사한다.

ABSTRACT

An analysis is presented based on models of the intrinsic transverse momentum (intrinsic $k_T$) of partons in nucleons by studying the dilepton transverse momentum in Drell-Yan events. Using parameter tuning in event generators and existing data from fixed-target experiments and from hadron colliders, our investigation spans 3 orders of magnitude in center-of-mass energy and 2 orders of magnitude in dilepton invariant mass. The results show an energy-scaling behavior of the intrinsic $k_T$ parameters, independent of the dilepton invariant mass at a given center-of-mass energy.

연구 동기 및 목표

• 넓은 범위의 중심질량 에너지에서 Drell-Yan 이벤트의 내재된 횡방향 운동량(kT) 매개변수의 에너지 스케일링 행동을 조사하기 위해.
• 내재된 kT 매개변수의 이중립온의 진동 질량에 대한 의존성 여부 또는 에너지에 대해 보편적으로 스케일링되는지 여부를 규명하기 위해.
• 고정-타겟 및 충돌기 실험에서의 실험 데이터와 다양한 이벤트 생성기(PYTHIA 8, HERWIG 7) 간의 kT 매개변수 조정 일관성 평가하기 위해.
• kT 매개변수를 형성하는 데 기여하는 학률 QCD(예: 초기상태 복사)와 비학률 효과(예: 파arton 샤워, MPI)를 분리하여 분석하기 위해.
• 13 TeV까지의 에너지 스케일에서 다양한 충돌 시스템(pp, pPb)에 걸쳐 kT 매개변수 조정의 보편성 검증하기 위해.

제안 방법

• PYTHIA 8 및 HERWIG 7에서 다음의 최고차수(NLO) 행렬원 계산을 파arton 샤워와 매칭하여 이벤트 생성을 수행하였다.
• 일관된 αS(mZ) = 0.118 및 NLO/NNLO PDF 세트를 사용하여 PYTHIA 8의 CP3/CP4/CP5 및 HERWIG 7의 CH2/CH3 모델을 적용한 튜닝된 기본 이벤트(UE) 모델을 사용하였다.
• 내재된 kT를 조정 가능한 폭 매개변수를 가진 가우시안 분포 랜덤 변수로 모델링하였으며, 실험적 pT(ℓ+ℓ−) 분포와의 비교를 통해 校정하였다.
• 38.8 GeV에서 13 TeV의 √s 범위에서 Drell-Yan 미분 단면적 데이터를 사용하여 매개변수 조정을 수행하였으며, 고정-타겟(E866/NuSea, R209), 충돌기(CDF, D0, CMS, ATLAS, LHCb) 및 pPb(CMS) 측정치를 포함하였다.
• pp 데이터와의 일관성 있는 비교를 위해 pPb 데이터를 핵-핵 중심질량 에너지로 보정하였다.
• 재현 가능성과 상호 비교를 위해 HEPData를 사용하여 튜닝된 매개변수 값과 시뮬레이션 결과를 저장 및 공유하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Drell-Yan 과정에서 다양한 중심질량 에너지에서 내재된 kT 매개변수가 보편적인 스케일링 행동을 보이는가?
• RQ2 고정된 중심질량 에너지에서 내재된 kT 매개변수가 이중립온의 진동 질량에 독립적인가?
• RQ3 동일한 실험 데이터 세트에서 PYTHIA 8과 HERWIG 7의 튜닝 결과는 어떻게 비교되는가?
• RQ4 초기상태 복사 및 기본 이벤트 모델이 추출된 kT 매개변수에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ5 에너지 범위가 세 개의 주요 스케일에 걸쳐도 kT 매개변수는 단일 보편적 스케일링 함수로 기술될 수 있는가?

주요 결과

• 내재된 kT 매개변수는 38.8 GeV에서 13 TeV의 중심질량 에너지 범위에서 이중립온의 진동 질량에 독립적인 명확한 에너지 스케일링 행동을 보였다.
• 이 스케일링 행동은 PYTHIA 8 및 HERWIG 7 이벤트 생성기 모두에서 일관되게 나타나, 특정 모델링 선택에 의존하지 않는 강인함을 시사한다.
• 고정-타겟 실험(E866/NuSea 등)과 충돌기 데이터(CMS 13 TeV 등)에서 튜닝된 kT 매개변수는 공통된 스케일링 경향을 따르며, 이는 보편적인 비학률 QCD 기원을 시사한다.
• 연구 범위 내(4–120 GeV)에서 이중립온의 진동 질량 Q에 대한 kT 매개변수의 유의미한 의존성은 관찰되지 않아, 보편적 스케일링 가설을 지지한다.
• 초기상태 복사 및 기본 이브트 모델 효과를 고려한 후에도 스케일링 행동이 유지되며, 이는 관측된 경향이 파톤 샤워 모델링의 산물이 아니라는 것을 시사한다.
• 결과는 고정-타겟에서 LHC 에너지까지의 전체 에너지 범위에서 Drell-Yan 과정에 대해 단일 보편적 kT 매개변수 스케일링 함수를 사용하는 것이 타당하다고 지지한다.