[논문 리뷰] Transverse momentum resummation at small x for the Tevatron and LHC

Stefan Berge, Pavel Nadolsky외 2명|CERN Bulletin|2004. 10. 27.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 테바트론과 LHC에서 Drell-Yan 유사 과정에서 작은 x에서의 횡방향 운동량(qT) 재결합을 조사하며, 영향을 미치는 영역에서의 작은-x 파트온 밀도 확장이 qT 분포에 영향을 준다고 제안한다. 이는 테바트론에서 중심 영역에서 W 보손 질량이 10–20 MeV, 향후 영역에서는 50 MeV 이상 이격될 수 있음을 보여주며, LHC에서는 기존 예측에 도전하는 상당히 더 딱딱한 qT 스펙트럼을 초래할 수 있음을 시사한다. 이는 W 및 힉스 보손 측정의 재분석이 필요하다는 것을 의미한다.

ABSTRACT

Analysis of semi-inclusive DIS hadroproduction suggests broadening of transverse momentum distributions at $x$ below a few $10^{-3}$, which can be modeled in the Collins-Soper-Sterman formalism by a modification of impact-parameter-dependent parton densities. We discuss the consequences of such a modification for the production of electroweak bosons at hadron-hadron colliders. If substantial small-$x$ broadening is observed in forward Z boson production in the Tevatron Run-2, it will strongly affect predicted transverse momentum distributions for W, Z, and Higgs boson production at the Large Hadron Collider.

연구 동기 및 목표

• 하나의 충돌기에서 전자약력 보손 생성 시 횡방향 운동량(qT) 분포에 작은-x 파트온 밀도 확장의 영향을 평가하는 것.
• 수정된 영향 영역에 의존하는 파트온 밀도를 통해 모델링된 이러한 확장이 Collins-Soper-Sterman 형식론에서 qT 재결합에 어떤 영향을 미치는지 평가하는 것.
• 테바트론과 LHC에서 횡방향 운동량 및 횡방향 질량 방법을 사용한 W 및 Z 보손 질량 측정에 대한 영향을 정량화하는 것.
• 테바트론 런-2에서 향후 Z 보손 생성에서 qT 확장을 관측할 수 있는지 가능성과 LHC 물리학에 대한 영향을 검토하는 것.
• 신호 및 배경 과정에서 qT 확장의 비균일성으로 인해 현재 LHC 분석 전략이 힉스 보손 및 W/Z 보손 신호 측정을 위해 재검토가 필요한지 평가하는 것.

제안 방법

• 영향 영역(b) 공간의 파트온 밀도에 x에 의존하는 수정을 포함한 Collins-Soper-Sterman(CSS) 형식론을 적응하여, 작은-x 확장을 모델링하는 것.
• qT/Q 및 1/x에서 큰 로그를 재결합하는 것을 포함하여 qT 분포를 연구하기 위해 Drell-Yan 과정을 프레임워크로 사용하는 것.
• 작은-x, 저qT 영역에서 qT 및 1/x 로그를 동시에 재결합하기 위해 Ciafaloni-Catani-Fiorani-Marchesini(CCCF) 방정식을 적용하는 것.
• 테바트론(CDF, DØ)과 LHC(ATLAS, CMS, TOTEM)의 검출기 수용 및 운동량 범위를 평가하여 향후 영역에서 qT 확장을 관측할 수 있는지 여부를 판단하는 것.
• pTe 방법과 횡방향 질량 재구성 기반으로 qT 확장으로 인한 W 보손 질량 측정 이격을 추정하기 위해 수치 시뮬레이션을 수행하는 것.
• 주요 q q̄ 결합과 비교하여 qg/gq 및 gg 산란 기여도가 작은 x에서 qT 스펙트럼에 어떤 영향을 미치는지 비교하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 영향 영역 공간에서의 작은-x 파트온 밀도 확장은 테바트론과 LHC에서 W 및 Z 보손의 횡방향 운동량 분포에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 작은 x에서 qT 확장은 횡방향 운동량 또는 횡방향 질량 방법으로 측정된 W 보손 질량에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ3 현재 검출기 수용 범위로 테바트론에서 향후 Z 보손 생성에서 qT 확장을 관측할 수 있으며, LHC 물리학에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 작은 x에서 qg 및 gg 산란 기여도를 포함할 경우, 표준 q q̄ 결합과 비교해 qT 스펙트럼은 어떻게 변화하는가?
• RQ5 신호 및 배경 과정에서 qT 확장의 비균일성에 대응하기 위해 LHC 분석 전략은 W 및 힉스 보손 측정을 위해 어떤 수정이 필요한가?

주요 결과

• 영향 영역 공간에서의 작은-x 확장은 테바트론에서 중심 영역(|ye| < 1)에서 pTe 방법으로 측정한 W 보손 질량에 10–20 MeV의 이격을 유도할 수 있다.
• 향후 영역(|ye| > 1)에서는 qT 확장으로 인한 W 보손 질량 이격이 50 MeV를 초과할 수 있으며, 이는 표준 이론적 불확도를 크게 초월한다.
• LHC에서는 작은-x 확장으로 인해 W 보손의 예측된 qT 분포가 상당히 더 딱딱해지며, 다른 이론적 불확도를 초월할 수 있다.
• qT 확장의 영향은 향후 영역에서 더 두드러지며, 보손 종류와 전하에 따라 다르게 작용하여 신호 및 배경 과정에 서로 다른 영향을 미친다.
• 신호 및 배경 분포에서 qT 확장의 비균일성을 고려하여 힉스 보손 γγ 붕괴 채널의 선택 기준을 재고할 필요가 있다.
• CDF 검출기는 전방 추적 기능 부족으로 전방 Z 보손을 식별하는 데 제한된 능력을 지님에도 불구하고, 한 개의 중심 및 한 개의 전방 전자로 구성된 표본이 충분한 통계량을 확보할 경우 작은-x 확장을 드러낼 수 있다.