[논문 리뷰] Extraction of unpolarized transverse momentum distributions from fit of Drell-Yan data at N$^4$LL

Valentin Moos, Ignazio Scimemi외 2명|arXiv (Cornell University)|2023. 05. 12.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 Drell-Yan 및 움직이는 보자기 생산 데이터에 대한 글로벌 피팅을 통해 N⁴LL 섭동 정확도에서 처음으로 비극성 전단 운동량 의존성 구입분포함수(TMDPDFs)와 Collins-Soper 커널을 추출한다. 이는 맛에 따라 달라지는 비추상적 가정을 포함하며, 처음으로 콜린어 PDF 불확실성들을 TMDPDF 결정에 일관되게 전파한다. 이는 PDF-편향 효과를 크게 줄이며, LHC 데이터와 호환되는 높은 정밀도를 달성한다.

ABSTRACT

We present the extraction of unpolarized transverse momentum dependent parton distributions functions (TMDPDFs) and Collins-Soper kernel from the fit of Drell-Yan and weak-vector boson production data. The TMDPDF are parameterized, as commonly done, using their (large transverse momentum) asymptotic matching to PDF. The analysis is done at the next-to-next-to-next-to-next-to leading logarithmic accuracy (N$^4$LL) (performed only approximately because PDF evolution is known so far at next-to-next-to leading order (NNLO)). The non-perturbative model used for TMDPDF is flavor dependent to reduce the colllinear PDF bias. The estimation of uncertainties is done with the replica method and, for the first time, it includes the propagation of uncertainties due to the collinear distributions.

연구 동기 및 목표

• TMDPDF의 정밀도를 향상시키기 위해 섭동 정확도를 N⁴LL 단계까지 확장한다.
• 글로벌 피팅에 콜린어 PDF의 불확실성을 포함시켜 TMD 현상학에서의 PDF-편향 문제를 줄인다.
• TMDPDF와 Collins-Soper 커널에 대해 맛에 따라 달라지는 비추상적 가정을 통합한다.
• ATLAS, CMS, LHCb, CDF/D0에서의 새로운 W-보자기 및 고정밀 Z-보자기 데이터를 포함한 확장된 데이터세트를 사용해 ART23 TMDPDF 추출을 업데이트한다.
• 레플리카 방법을 통해 데이터와 PDF 불확실성을 결합하여 보다 신뢰할 수 있는 불확실성 추정을 제공한다.

제안 방법

• ART23 TMDPDF 추출을 위해 artemide 프레임워크를 사용하여 Drell-Yan 및 약한 벡터 보자기 생산 데이터에 대해 N⁴LL 정확도로 글로벌 피팅을 수행한다.
• 각 입자 맛에 대해 λ₁ 및 λ₂ 매개변수를 포함하는 맛에 따라 달라지는 비추상적 가정을 사용하여 TMDPDF를 매개변수화한다.
• 콜린어 극한을 보장하기 위해 관계식 lim_{b→0} f₁(x,b;μ,ζ) ≈ ∑_j ∫_x^1 (dy/y) C_{i←j}(y,b;μ,ζ) q_j(x/y,μ) 를 사용하여 콜린어 PDF와의 일관성을 확보한다.
• 불확실성 추정에 레플리카 방법을 사용하며, 콜린어 PDF 불확실성이 TMDPDF 추출에 전파되는 것을 포함한다.
• 이론적 예측은 MSHT20을 기본 콜린어 PDF 세트로 사용하며, PDF-편향 민감도 평가를 위해 NNPDF3.1을 보조적으로 사용한다.
• ATLAS, CMS, LHCb, CDF, D0, PHENIX, STAR, E772의 실험 데이터와 이론적 예측을 비교하며, 일관된 운동량 절단 조건을 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 섭동 정확도를 N⁴LL로 높일 경우 TMDPDF와 그 불확실성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 맛에 따라 달라지는 비추상적 매개변수를 포함시킬 경우, TMDPDF 추출에서의 PDF-편향 문제가 얼마나 감소하는가?
• RQ3 콜린어 PDF의 불확실성이 TMDPDF 결정에 어떻게 전파되며, 그 영향은 최종 결과에 어떤가?
• RQ4 MSHT20과 NNPDF3.1 콜린어 PDF를 사용해 추출한 TMDPDF는 특히 고x 영역에서 어떻게 비교되는가?
• RQ5 새로운 W-보자기 및 고정밀 Z-보자기 데이터는 TMDPDF에 대한 제약 조건을 얼마나 향상시키는가?

주요 결과

• ART23 추출은 N⁴LL 정확도를 달성하였으며, 콜린어 PDF 불확실성이 TMDPDF 불확실성에 처음으로 일관되게 전파된 바 있다.
• 맛에 따라 달라지는 비추상적 매개변수의 포함은 PDF-편향 문제를 감소시켰지만 완전히 제거하지 못하였으며, 이는 MSHT20과 NNPDF3.1 피팅 간 λ₂ 매개변수의 불일치로 확인된다.
• 해성 쿼크 분포의 TMDPDF 불확실성 밴드는 MSHT20과 NNPDF3.1 피팅 간에 상당한 불일치를 보이며, 특히 고x 영역에서 두드러진다.
• 중간x 영역(x ∼ 10⁻²–10⁻³)에서는 MSHT20과 NNPDF3.1의 TMDPDF가 일반적으로 일치하지만, 고x 영역에서의 행동은 분리되며, 특히 u, d 및 반입자 쿼크 분포에서 두드러진다.
• ATLAS 및 LHCb 데이터에 대한 이론적 예측은 N⁴LL에서 실험 데이터와 양호한 일치를 보이며, 다양한 콜린어 PDF를 사용할 경우 LHCb 데이터(특히 x ∼ 10⁻¹)에서 더 큰 불일치가 관찰된다.
• 모든 실험 데이터세트, 특히 CDF와 D0의 새로운 W-보자기 데이터를 포함하여 피팅 결과는 안정적이고 일관되며, 추출의 강건성을 확인한다.