[논문 리뷰] Unintegrated partons to describe the P_T distribution of W and Z bosons at the Tevatron

G. Watt|arXiv (Cornell University)|2003. 09. 09.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 테바트론에서 양성자-양양성자 충돌에서 W 및 Z 보손의 횡방향 운동량 (P_T) 을 기술하기 위해 双중으로 통합되지 않은 파arton 분포를 사용하는 (z,kₜ)-분해 접근법을 제안한다. 이는 1차 순서의 q₁q₂ → W,Z 과정과 보편적인 통합되지 않은 쿼크 분포를 조합하여 테바트론 런 1의 P_T 데이터를 정확히 재현함을 보여주며, LHC에서 글루온-글루온 융합을 통한 힉스 보손 P_T 예측으로 이어진다.

ABSTRACT

We describe the use of doubly-unintegrated parton distributions in hadron-hadron collisions, using the (z,k_t)-factorisation prescription where the transverse momentum of the incoming parton is generated in the last evolution step. We apply this formalism to calculate the transverse momentum (P_T) distributions of produced W and Z bosons and compare the predictions to Tevatron Run 1 data. We find that the observed P_T distributions can be generated almost entirely by the leading order q_1 q_2 -> W,Z subprocesses, using known and universal doubly-unintegrated quark distributions. We also calculate the P_T distribution of the Standard Model Higgs boson at the LHC, where the dominant production mechanism is by gluon-gluon fusion.

연구 동기 및 목표

• 강입자-강입자 충돌에서 횡방향 운동량 분포를 계산하기 위해 이중으로 통합되지 않은 파arton 분포를 사용하는 프레임워크를 개발하는 것.
• 고차 순서 보정 없이도 테바트론에서 W 및 Z 보손의 P_T 스펙트럼을 기술하는 것.
• 통합되지 않은 파arton과 함께 1차 순서 부분 반응이 실험적 P_T 분포를 재현할 수 있는지 테스트하는 것.
• 이 형식을 LHC에서 글루온-글루온 융합을 통한 표준모형 힉스 보손의 P_T 분포를 예측하기 위해 확장하는 것.
• 통합되지 않은 파arton 분포가 고정밀도 P_T 데이터를 기술하는 데 있어 보편성과 적용 가능성 여부를 검증하는 것.

제안 방법

• 입자들의 횡방향 운동량이 최종 진화 단계에서 생성되는 (z,kₜ)-분해 규정을 사용한다.
• 모멘텀 분율 z 와 횡방향 운동량 kₜ에 모두 의존하는 이중으로 통합되지 않은 쿼크 분포를 사용한다.
• 테바트론에서 양성자-양양성자 충돌의 1차 순서 부분 반응 q₁q₂ → W,Z 에 이 형식을 적용한다.
• 통합되지 않은 분포를 사용하여 파arton 상호작용의 위상공간을 통합하여 W/Z P_T 의 함수로 미분 단면적을 계산한다.
• 유사한 통합되지 않은 글루온 분포를 사용하여 LHC에서의 주요 힉스 생성 채널인 글루온-글루온 융합으로 방법을 확장한다.
• 이론적 예측을 테바트론 런 1 데이터의 W 및 Z 보손 P_T 스펙트럼과 직접 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 테바트론에서 W 및 Z 보손의 P_T 분포가 통합되지 않은 파arton 분포를 사용하는 1차 순서 부분 반응만으로 정확히 기술될 수 있는가?
• RQ2 (z,kₜ)-분해에서 동적으로 생성된 입자들의 횡방향 운동량이 관측된 P_T 스펙트럼을 어느 정도 설명하는가?
• RQ3 이중으로 통합되지 않은 쿼크 분포는 보편적이며 고차 순서 보정 없이도 W/Z 생성을 기술하는 데에 충분한가?
• RQ4 유사한 형식이 LHC에서 글루온-글루온 융합을 통한 힉스 보손의 P_T 분포를 성공적으로 예측하는 데 적용될 수 있는가?
• RQ5 이 접근법의 예측이 테바트론 런 1 실험 데이터의 W 및 Z 보손에 대해 어느 정도 일치하는가?

주요 결과

• 테바트론에서 관측된 W 및 Z 보손의 P_T 분포는 알려진 보편적인 이중으로 통합되지 않은 쿼크 분포를 사용하는 1차 순서 q₁q₂ → W,Z 부분 반응만으로 거의 완전히 기술될 수 있다.
• (z,kₜ)-분해 메커니즘을 통해 파arton의 횡방향 운동량을 포함함으로써 고차 순서 QCD 보정 없이도 데이터의 형태와 크기를 정확히 재현할 수 있었다.
• 이 형식은 기본적인 파arton 분포에 의존하는 약한 보손 생성의 P_T 스펙트럼에 대해 일관되고 예측 가능한 프레임워크를 제공한다.
• 유사한 접근법을 사용하여 LHC에서 표준모형 힉스 보손의 P_T 분포를 예측하는 데로 확장하였다. 여기서 글루온-글루온 융합이 주요 생성 모드이다.
• 결과는 통합되지 않은 파arton 분포가 고에너지 강입자 충돌에서 초기 상태 복사 및 횡방향 운동량 생성의 핵심 역학을 잘 포착하고 있음을 시사한다.
• 테바트론 데이터와의 일치는 (z,kₜ)-분해 접근법이 약한 보손 P_T 스펙트럼 기술에 있어 보편성과 실용적 유용성을 뒷받침한다.