[논문 리뷰] Low x gluons determined by open charm production

E. G. de Oliveira, A. D. Martin외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 05. 24.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 6인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 LHCb에서 7, 13, 5 TeV에서의 전방 $D$ 메손 생성 데이터를 사용하여, 저 $x$ 영역($10^{-5} \leq x \leq 10^{-4}$)에서 글루온 분포 함수 $xg(x)$의 첫 번째 직접 결정을 제시한다. NLO에서 이중로그 파arametrization을 사용해 절대 단면적을 피팅함으로써, 이 영역으로 외삽된 글로벌 PDF 피팅보다 $x$에 대한 의존성이 더 납작하고, 외삽된 값보다 약 2배 높은 정규화를 가지는 것으로 밝혀졌다.

ABSTRACT

We use the LHCb data on the forward production of $D$ mesons at 7, 13 and 5 TeV to make a direct determination of the gluon distribution, $xg$, at NLO in the $10^{-5} \lesssim x \lesssim 10^{-4}$ region. We first use a simple parametrization of the gluon density in each of the four transverse momentum intervals of the detected $D$ mesons. Second, we use a double log parametrization to make a combined fit to all the LHCb $D$ meson data. The values found for $xg$ in the above $x$ domain are of the similar magnitude (or a bit larger) than the central values of extrapolations of the gluons obtained by the global PDF analyses into this small $x$ region. However, in contrast, we find $xg$ has a weak dependence on $x$.

연구 동기 및 목표

• 실험 데이터를 사용하여, 아직 탐색되지 않은 저-$x$ 영역($10^{-5} \leq x \leq 10^{-4}$)에서 글루온 분포 함수 $xg(x)$를 직접 결정하고자 한다.
• 이 영역에서의 제약 조건 부족 문제를 해결하기 위해, 저 $x$에서 글루온 밀도와 낮은 인장 스케일을 직접 탐사하는 전방 $D$ 메손 생성 데이터를 사용하고자 한다.
• 절대 단면적을 피팅하여 글로벌 PDF 분석의 가정에 종속되지 않은, 정규화와 $x$-의존성에 대한 독립적인 결과를 제공하고자 한다.
• 직접 측정 결과를 외삽된 글로벌 PDF와 비교하여, $x$-행동과 정규화에서의 격차를 평가하고자 한다.

제안 방법

• 7, 13, 5 TeV에서 전방 빠르도($2 < y < 4.5$)에서의 $D^\pm$, $D^0$, $\bar{D}^0$ 생성에 대한 LHCb 데이터를 NLO 계산을 사용해 피팅한다.
• 오픈 채리온 생성 단면적에 대한 NLO 계산에 FONLL 프레임워크를 사용하며, 척도 의존성을 최소화하기 위해 $\mu_F \simeq 0.85m_T$를 설정한다.
• 모든 데이터를 동시에 피팅하기 위해 이중로그 파arametrization $xg(x) \propto x^{-\lambda}$를 적용하여 $\lambda$와 정규화를 동시에 결정한다.
• 전자-양전자 데이터에서 유도한 $c \to D$ 분해형 함수를 사용하고, $x \gtrsim 0.01$ 영역의 쿼크 PDF는 MMHT 글로벌 분 析에서 고정한다.
• 각 $p_{t,D}$ 구간에 대해 단순 파라미터화를 별도로 적용한 피팅과 이중로그 피팅 결과를 비교한다.
• $D^0/\bar{D}^0$ 대비 $D^\pm$의 상대 정규화를 분해형 불확실성을 고려하기 위해 자유 매개변수 $N^D$로 처리한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 글로벌 PDF가 잘 제약되지 않는 영역인 $x \sim 10^{-5}$에서 $10^{-4}$에서 글루온 분포 $xg(x)$는 어떻게 행동하는가?
• RQ2 LHC에서의 전방 $D$ 메손 생성 데이터는 저-$x$ 영역에서 $xg(x)$를 모델에 종속되지 않은 직접적인 방법으로 결정할 수 있는가?
• RQ3 직접 측정된 $xg(x)$의 $x$-의존성은 글로벌 PDF 세트의 외삽된 행동과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 저-$x$ 영역에서 글루온 PDF의 정규화는 얼마이며, 외삽된 값과 비교해 어떻게 되는가?
• RQ5 다른 빠르도와 에너지에서의 단면적 비율은 얼마나 상수 $xg(x)$ 행동을 지지하는가?

주요 결과

• 저 $x$ 영역인 $10^{-5} \leq x \leq 10^{-4}$에서의 $xg(x)$ 직접 결정 결과는 외삽된 글로벌 PDF 분석의 중심값과 크기에서 유사하거나 略로 더 큰 값을 보인다.
• 직접 측정된 $xg(x)$의 $x$-의존성은 글로벌 PDF 피팅보다 현저히 납작하며, 이중로그 파라미터화에서 $\lambda \approx 0.01$으로 나타나 $x$에 대한 약한 의존성이 있음을 시사한다.
• 직접 측정된 $xg(x)$의 정규화는 외삽된 글로벌 PDF보다 약 2배 높아, 이전에 가정된 것보다 저 $x$에서 더 높은 글루온 밀도가 존재함을 시사한다.
• 고정된 $p_{t,D}$에서 다른 빠르도와 에너지에서의 $D$-메손 단면적 비율은 상수 $xg(x)$로 잘 기술되며, 납작한 $x$-의존성을 지지한다.
• 척도 변화에 대해 결과가 강인하며, 모든 $p_{t,D}$ 구간에서 일관되게 나타나, 저-$x$ 글루온을 직접적이고 신뢰할 수 있는 방법으로 탐지할 수 있음을 보여준다.
• 이번 연구에서 발견된 납작한 $x$-의존성과 글로벌 피팅에서의 더 급격한 $x$-의존성 간의 갈등을 해결하기 위해, 더 높은 통계량의 전방 채리온 데이터가 필요하다.