[논문 리뷰] The small kt-region in Drell-Yan production at next-to-leading order with the Parton Branching Method

I. Bubanja, A. Bermúdez Martínez외 11명|arXiv (Cornell University)|2023. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 47인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 소규모 횡방향 운동량(kT) 영역에서 소프트 글루온 재결합과 내재된 파arton 횡방향 운동량이 상호작용하는 Drell-Yan 생성에 대해 다음 주된 순서(NLO) 분석을 수행한다. Parton Branching(PB) 방법을 사용하여, √s = 13 TeV에서 LHC 데이터를 바탕으로 50–1000 GeV 범위의 Drell-Yan 질량에서 내재된-kT 매개변수 qs = 1.04 ± 0.08 GeV를 추출하였다. 이 값은 중심질량 에너지 또는 Drell-Yan 질량에 따라 유의미하게 변화하지 않으며, 표준 몬테카를로 시뮬레이터와는 대조적으로 안정적임을 보였다.

ABSTRACT

The Parton Branching (PB) method describes the evolution of transverse momentum dependent (TMD) parton distributions, covering all kinematic regions from small to large transverse momenta kT. The small kT-region is very sensitive both to the contribution of the intrinsic motion of partons (intrinsic kT) and to the resummation of soft gluons taken into account by the PB TMD evolution equations. We study the role of soft-gluon emissions in TMD as well as integrated parton distributions. We perform a detailed investigation of the PB TMD methodology at next-to-leading order (NLO) in Drell-Yan (DY) production for low transverse momenta. We present the extraction of the nonperturbative 'intrinsic-kT' distribution from recent measurements of DY transverse momentum distributions at the LHC across a wide range in DY masses, including a detailed treatment of statistical, correlated and uncorrelated uncertainties. We comment on the (in)dependence of intrinsic transverse momentum on DY mass and center-of-mass energy, and on the comparison with other approaches.

연구 동기 및 목표

• 소프트 글루온 방출과 내재된 파arton 횡방향 운동량이 상호작용하는 Drell-Yan 생성의 소규모 kT 영역을 조사하기 위해.
• 넓은 범위의 Drell-Yan 질량에서 √s = 13 TeV에서의 LHC 측정치를 바탕으로 비표준적인 내재된-kT 분포를 추출하기 위해.
• 내재된-kT가 중심질량 에너지와 Drell-Yan 질량에 따라 어떻게 변화하는지 평가하고, 조정된 몬테카를로 시뮬레이터와 대조하기 위해.
• 이론적 스케일 불확실성을 질량 밴드 내에서 상관관계 있게 다루고, 실험적 불확실성에 대해 전체 공분산 행렬을 포함하기 위해.
• 외부 PDF 세트에 의존하지 않고도 콜린어와 TMD 분포를 동시에 맞출 수 있는 PB-TMD 프레임워크의 일관성을 입증하기 위해.

제안 방법

• TMD 진화를 모든 kT 스케일에서 기술하기 위해 운동량 공간에서 Parton Branching(PB) 방법을 적용하여, 양자역학적 및 비표준 효과를 모두 포함한다.
• 강한 상호작용 상수는 qT > 1 GeV인 각 방출에서 그 횡방향 운동량에 따라 평가되며, 더 연약한 방출의 경우 반경이 1 GeV인 반경 스케일 q0 = 1 GeV에서 평가된다.
• 비표준적인 Sudakov 형상 인자에서는 z ∈ [zdyn, zM] 영역에서 '사전 구속성' 스케일 규정을 통해 기술하여 적색 영역 역학을 포괄한다.
• 내재된-kT 분포는 폭 매개변수 qs를 가진 가우시안으로 모델링되며, Drell-Yan 미분 단면적의 저pT 영역에 적합된다.
• MADGRAPH5_AMC@NLO와 PB-TMD 분포를 매칭하여 qs 값에 대한 스캔을 수행하였으며, χ² 계산에는 전체 실험 공분산 행렬이 포함되었다.
• 체계적 불확실성은 각 mDY 밴드 내에서 상관관계 있는 성분으로 다루었으며, 스케일 불확실성은 밴드 내에서 완전히 상관관계 있고 밴드 간에는 상관관계 없이 가정되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 내재된-kT 매개변수는 소규모 kT 영역에서 Drell-Yan 질량과 중심질량 에너지에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 소프트 글루온 재결합과 비표준 Sudakov 효과가 추출된 내재된-kT 폭에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ3 내재된-kT 안정성 측면에서 PB-TMD 프레임워크는 표준 몬테카를로 이벤트 생성기와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 전체 공분산 행렬과 상관관계 있는 스케일 불확실성으로 실험적 불확실성을 다룰 경우, 추출된 qs 값에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 PB-TMD 접근법은 외부 PDF 피팅에 의존하지 않고도 콜린어와 TMD 분포를 동시에 기술할 수 있는가?

주요 결과

• LHC Drell-Yan 데이터에서 √s = 13 TeV 조건 하에 50 GeV에서 1 TeV까지의 Drell-Yan 질량 범위에서 내재된-kT 매개변수는 qs = 1.04 ± 0.08 GeV로 추출되었다.
• 추출된 qs 값은 양성자 내의 페르미 운동에 기대하는 바와 일치하며, 중심질량 에너지 또는 Drell-Yan 질량에 따라 유의미하게 변화하지 않았다.
• qs의 질량과 에너지에 걸친 안정성은 조정된 몬테카를로 시뮬레이터와 대조적으로, √s와 mDY가 증가함에 따라 내재된-kT 폭이 증가해야 하는 요구사항을 갖지 않는다.
• 사전 구속성 스케일 규정을 통해 모델링된 비표준 Sudakov 형상 인자는 내재된-kT 추출의 안정성에 핵심적인 역할을 한다.
• PB-TMD 프레임워크는 포함된 DGLAP 극한을 성공적으로 복원하며, 외부 PDF 세트에 의존하지 않고도 콜린어 및 TMD 분포를 동시에 피팅할 수 있다.
• 전체 공분산 행렬을 사용한 실험적 불확실성 처리와 상관관계 있는 스케일 불확실성 처리가 내재된-kT 매개변수의 신뢰성 있고 정밀한 결정에 기여하였다.