[논문 리뷰] On the role of soft and non-perturbative gluons in collinear parton densities and parton shower event generators

M. Mendizabal, F. Guzmán외 2명|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 01.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 비미세론적 (NP) 글루온—비미세론적 수디코프 형상 인자에 의해—가 NLO DGLAP 진화 및 포함형 단면적 계산에서 특이항의 정확한 상쇄를 위해 필수적임을 보여준다. Parton Branching (PB) 방법을 사용하여, 저자들은 NP-글루온이 초기 상태 샤워와 Drell-Yan 횡방향 운동량 스펙트럼과 같은 포함형 관측량에 상당한 영향을 미치지만, 룬드 스트링과 같은 하드론화 모델을 사용할 경우 최종 상태 하드론 스펙트럼에는 거의 영향을 주지 않는다고 밝힌다.

ABSTRACT

The role of soft (non-perturbative) gluons in collinear parton densities is investigated with the Parton Branching method as a solution to the DGLAP evolution equations. It is found that soft gluons contribute significantly to collinear parton densities. Within the Parton Branching frame, the Sudakov form factor can be split into a perturbative and non-perturbative part. The non-perturbative part can be calculated analytically under certain conditions. It is shown that the inclusion of soft (non - perturbative) gluons to the parton density evolution is essential for the proper cancellation of divergent terms. It is argued that the non-perturbative part of the Sudakov form factor has its correspondence in Transverse Momentum Dependent parton distributions. Within the Parton Branching approach, this non-perturbative Sudakov form factor is constrained by fits of inclusive, collinear parton densities.

연구 동기 및 목표

• NLO 계산에서 특이항의 적절한 상쇄를 보장하기 위해, 콜린어 부분입자 밀도 진화에 소프트 및 비미세론적 글루온을 포함시킬 필요성을 확립하기 위해.
• 포함형 데이터에 대한 피팅으로 제약 조건이 부여된 비미세론적 수디코프 형상 인자가 일관된 TMD 부분입자 분포와 포함형 스펙트럼을 위해 필수적임을 보여주기 위해.
• NP-글루온이 초기 상태 부분입자 샤워와 그로 인한 최종 상태 하드론 및 제트 스펙트럼에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 이전 연구에서 Monte Carlo 이벤트 생성기에서 NP-글루온이 무시 가능하다고 주장한 바를 도전하며, 오히려 NLO DGLAP와의 일관성을 확보하기 위해 그 포함이 필수적임을 보여주기 위해.
• PB 방법에 NP-글루온을 적용할 경우, 표준 생성기들인 PYTHIA8 또는 HERWIG와 달리 중심질량 에너지에 따라 영향을 받지 않는 내재적-kT 분포를 얻을 수 있음을 확립하기 위해.

제안 방법

• DGLAP 진화 방정식을 반복적으로 해결하기 위해 Parton Branching (PB) 방법을 사용하며, 각 분열 점과 방출된 부분입자의 횡방향 운동량을 명시적으로 추적한다.
• 수디코프 형상 인자는 미세론적 및 비미세론적 성분으로 분해되며, 비미세론적 성분은 해석적으로 계산 가능하며 HERA-PDF2.0NLO와 같은 포함형 콜린어 부분입자 밀도에 대한 피팅으로 제약 조건이 부여된다.
• PB 접근법은 재정규화 스케일을 진화 스케일로 설정하고 zM →1일 때 NLO에서 DGLAP 진화를 정확히 재현할 수 있다.
• 비미세론적 수디코프 형상 인자는 운동량 가중 형식과 '+'-표현을 사용하여 DGLAP 분열 함수에서 유도되며, 1/(1−z) 특이성을 정규화하기 위해 절단 ϵ을 사용한다.
• 이 방법은 전방(표준) 및 후방(초기 상태 샤워) 진화에 적용되어 포함 분포와 최종 상태 스펙트럼에 미치는 영향을 비교한다.
• PB TMD 부분입자 샤워는 CASCADE3에 구현되어 진화 단계와 부분입자 샤워 단계에서 모두 비미세론적 글루온을 일관되게 처리할 수 있으며, 자유 매개변수를 도입하지 않는다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 NLO DGLAP 계산에서 특이항의 상쇄를 위해 소프트 및 비미세론적 글루온의 포함이 필수적인가?
• RQ2 비미세론적 수디코프 형상 인자는 횡방향 운동량 의존성(TMD) 부분입자 분포와 포함형 단면적에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 NP-글루온은 초기 상태 부분입자 샤워와 그로 인한 최종 상태 하드론 및 제트 스펙트럼에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 왜 표준 Monte Carlo 생성기들인 PYTHIA8 또는 HERWIG는 내재적-kT 분포를 √s에 따라 의존하게 되는 반면, PB 방법은 그렇지 않은가?
• RQ5 NP-글루온을 포함한 PB 방법은 새로운 부분입자 밀도나 계수 함수가 필요 없이 NLO DGLAP 계산과 일관되게 매칭될 수 있는가?

주요 결과

• 비미세론적 수디코프 형상 인자는 NLO 단면적 계산에서 특이항의 상쇄를 위해 필수적이다; NP-글루온을 무시할 경우 물리적으로 의미 없는 발산이 발생한다.
• NP-글루온은 Drell-Yan 횡방향 운동량 스펙트럼과 같은 포함형 관측량에 상당한 영향을 미친다. 특히 초기 상태 샤워에서 두드러진다.
• 표준 하드론화 모델인 룬드 스트링을 사용할 경우 최종 상태 하드론 스펙트럼과 제트는 NP-글루온의 영향을 거의 받지 않는다. 이는 소프트 글루온을 흡수할 수 있기 때문이다.
• NP-글루온을 포함한 PB 방법은 중심질량 에너지 √s에 영향을 받지 않는 내재적-kT 분포를 생성한다. 반면 PYTHIA8 및 HERWIG는 이를 √s에 따라 스케일링한다.
• PB 방법은 PB-NLO-2018 Set1을 사용할 경우 콜린어 수준에서 정확히 HERA-PDF2.0NLO를 재현하며, 콜린어 및 TMD 분포에 대해 일관된 프레임워크를 제공한다.
• 현재까지의 방법 중 유일하게 진화 단계와 부분입자 샤워 단계에서 모두 비미세론적 글루온을 일관되게 다루며, 표준 NLO 부분입자 밀도와 계수 함수를 직접 사용할 수 있다.