[논문 리뷰] Perturbative and Nonperturbative Effects in Transverse Momentum Generation

Erik Thomé|ArXiv.org|2004. 01. 16.

Scientific Research and Discoveries참고 문헌 4인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 페르미온의 전단면 운동량 생성 기원을 분석하기 위해 Pythia의 양자역학적 부분자 쇄와 새로운 $p_\perp^2$-순서 기반 쇄 알고리즘을 비교한다. 그 결과, 표준 쇄에서의 부족한 분기 수를 보완하기 위해 $\Lambda_{\mathrm{QCD}}$ 를 증가시키면 테바트론 Z⁰ 데이터와의 일치도가 향상되며, 새로운 알고리즘은 $\Lambda_{\mathrm{QCD}}$ 에 대한 민감도를 높이고 비현실적으로 큰 초기 $k_\perp$ 값의 필요성을 줄인다.

ABSTRACT

The transverse momentum of a colour-singlet massive particle in a hadronic collision is built up by two components, the perturbative effect of parton branchings and the nonperturbative effect of primordial kT. In previous studies of transverse momentum spectra for Z0 production at the Tevatron, the best fit to the experimental data are given when the primordial kT is set to a much higher value than what is expected considering the confinement of partons in the proton. We here investigate the possibility that the reason for this is that too few branchings are generated in showers, compared to the evolution used in the tuning of parton densities. This could then be compensated by increasing the value of Lambda_QCD. The study is done using the regular Pythia showering routines and a new algorithm where the branchings are ordered in transverse momentum pT^2 instead of virtuality Q^2.

연구 동기 및 목표

• 실험적 Z⁰ 전단면 운동량 스펙트럼과 몬테카를로 시뮬레이션 간의 괴리 문제를 해결하기 위해, 비현실적으로 큰 초기 $k_\perp$ 값을 요구하는 현상의 원인을 밝히는 것.
• 표준 Pythia 쇄에서의 부족한 부분자 분기로 인해 큰 초기 $k_\perp$ 가 필요로 하는지 여부를 조사하는 것.
• 쇄 진전을 $Q^2$ 에서 $p_\perp^2$ 로 재정렬함으로써, 큰 $k_\perp$ 의 의존 없이도 $p_\perp$ 스펙트럼을 더 잘 기술할 수 있는지 테스트하는 것.
• 최종 상태 쇄와 $\Lambda_{\mathrm{QCD}}$ 조정이 Z⁰ 및 H⁰ 생성의 $p_\perp$ 스펙트럼에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 새로운 $p_\perp^2$-순서 기반 쇄 프레임워크에 무거운 쿼크를 포함시키는 것이 가능한지 탐색하는 것.

제안 방법

• 표준 Pythia 쇄 루틴을 사용하여 $Q^2$-순서 기반으로 부분자 쇄와 전단면 운동량 스펙트럼을 시뮬레이션한다.
• 가상도 $Q^2$ 가 아닌 $p_\perp^2$ 로 분기 순서를 정렬하는 새로운 쇄 알고리즘을 개발하여, 색 singlet 시스템의 일관된 진전을 가능하게 한다.
• Tevatron에서 Z⁰ 생성과 LHC에서 H⁰ 생성의 $p_\perp$ 스펙트럼을 $\Lambda_{\mathrm{QCD}}$ 와 초기 $k_\perp$ 값의 변화에 따라 비교한다.
• Pythia 프레임워크에서 최종 상태 쇄를 끄고, 이로 인한 $p_\perp$ 스펙트럼에 미치는 영향을 평가한다.
• $\chi^2$ 최소화를 사용하여 실험 데이터에 최적의 $\Lambda_{\mathrm{QCD}}$ 와 $k_\perp$ 파rameter를 결정하기 위한 피팅을 수행한다.
• 수정된 위상공간 적분과 분열 함수를 사용하여 $\mathrm{c}$-쿼크가 주도하는 과정에서 질량 보정의 영향을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 몬테카를로 시뮬레이션은 Tevatron에서 Z⁰ 전단면 운동량 스펙트럼을 맞추기 위해 예상보다 훨씬 큰 초기 $k_\perp$ 를 요구하는가?
• RQ2 Pythia에서 주로 로그 DGLAP 진전에 대한 수정 사항이 생성된 $p_\perp$ 스펙트럼에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ3 쇄 진전을 $Q^2$ 에서 $p_\perp^2$ 로 재정렬하면 $p_\perp$ 스펙트럼 기술에 어떤 개선이 이루어지고 큰 초기 $k_\perp$ 의 의존도는 어떻게 감소하는가?
• RQ4 최종 상태 쇄는 최종 상태 벡터 보손의 $p_\perp$ 스펙트럼에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 새로운 $p_\perp^2$-순서 기반 쇄 알고리즘이 큰 초기 $k_\perp$ 의 필요성을 줄이면서도 데이터와 양호한 일치를 유지할 수 있는가?

주요 결과

• $\Lambda_{\mathrm{QCD}}$ 를 기본값에서 증가시키면 표준 Pythia 쇄에서의 부족한 분기 수를 상쇄하여 $p_\perp$ 스펙트럼 피팅 성능이 향상된다.
• Tevatron에서 Z⁰ 생성의 경우, 표준 $Q^2$-순서 쇄는 다수의 분기에서 발생하는 횡방향 충격이 상쇄되어 $\Lambda_{\mathrm{QCD}}$ 의 변화에 대해 민감도가 낮다.
• Pythia에서 최종 상태 쇄를 끄면 Tevatron Z⁰ 데이터와의 피팅 성능이 크게 향상되어, 이 쇄가 $p_\perp$ 스펙트럼을 왜곡시킨다는 것을 시사한다.
• 새로운 $p_\perp^2$-순서 쇄 알고리즘은 $\Lambda_{\mathrm{QCD}}$ 에 대한 민감도를 높여, 낮은 $k_\perp$ 값으로도 데이터와 양호한 일치를 이룰 수 있도록 한다.
• Z⁰ 데이터에 대해 좋은 피팅은 $k_\perp = 2$ GeV, $\Lambda_{\mathrm{QCD}} = 0.19$ GeV 및 $k_\perp = 1.4$ GeV, $\Lambda_{\mathrm{QCD}} = 0.2$ GeV에서 달성되며, $k_\perp = 0.6$ GeV, $\Lambda_{\mathrm{QCD}} = 0.22$ GeV는 약간 열악한 피팅을 보인다.
• 큰 초기 $k_\perp$ 문제는 완전히 해결되지는 않았지만, 새로운 $p_\perp^2$-순서 쇄 프레임워크에서는 크게 감소하여 물리적 일관성이 향상됨을 시사한다.