[论文解读] Absolute Drell-Yan Dimuon Cross Sections in 800 GeV/c pp and pd Collisions

NuSea Collaboration, P. L. McGaughey+39 more|arXiv (Cornell University)|Feb 14, 2003

High-Energy Particle Collisions Research被引用 31

一句话总结

本论文首次对800 GeV/c的pp和pd碰撞中的Drell-Yan二轻子截面进行了全面测量，数据来自费米实验室E866/NuSea实验。结果表明，当前的全球部分子分布拟合在x → 1附近高估了价夸克分布15–20%，而对0.03 ≤ x < 0.15范围内的轻反夸克海分布描述准确。

ABSTRACT

The Fermilab E866/NuSea Collaboration has measured the Drell-Yan dimuon cross sections in 800 GeV/$c$ $pp$ and $pd$ collisions. This represents the first measurement of the Drell-Yan cross section in $pp$ collisions over a broad kinematic region and the most extensive study to date of the Drell-Yan cross section in $pd$ collisions. The results indicate that recent global parton distribution fits provide a good description of the light antiquark sea in the nucleon over the Bjorken-$x$ range $0.03 \lesssim x &lt; 0.15$, but overestimate the valence quark distributions as $x o 1$.

研究动机与目标

• 在800 GeV/c下测量pp和pd碰撞中的绝对Drell-Yan二轻子截面，以探究核子的部分子结构。
• 检验当前全局部分子分布函数（PDF）拟合的准确性，特别是在x → 1附近及0.03 ≤ x < 0.15范围内的表现。
• 在以往数据有限的区域，对核子中轻反夸克分布的大小施加约束。
• 评估PDF在预测顶夸克对撞机上W玻色子产生截面时的可靠性。
• 研究数据与领先阶/下一阶微扰计算之间在价夸克分布上的差异。

提出的方法

• 利用E866/NuSea探测器，在√s = 800 GeV/c下测量pp和pd碰撞中的二轻子产生截面。
• 通过μ⁺μ⁻对的不变质量M和Feynman-x xF，从M² = x₁x₂s和xF = x₁ − x₂中提取动量分数x₁（束流）和x₂（靶标）。
• 将测量的截面与使用MRST2001和CTEQ6 PDF拟合的下一阶微扰（NLO）Drell-Yan计算结果进行比较。
• 通过对方其他变量取平均，分别分析x₁和x₂的依赖关系，以分离对价夸克（x₁）和反夸克（x₂）的敏感性。
• 将数据与理论的比值（K′-因子）拟合为经验形式K′(x₁) = α(1 − x₁)^β，以量化在大x₁区域的偏差。
• 考虑归一化不确定度，并与MRST2001和CTEQ6 PDF拟合中的实验不确定度进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 当前的全局PDF拟合在800 GeV/c下pp和pd碰撞中的Drell-Yan截面描述得如何？
• RQ2 这些新数据在多大程度上约束了0.03 ≤ x < 0.15范围内轻反夸克海分布？
• RQ3 MRST2001和CTEQ6 PDF集合在大x₁（x₁ → 1）区域是否高估了质子中的价夸克分布？
• RQ4 在pp和pd末态之间，价夸克分布的差异是否显著？
• RQ5 这些结果对顶夸克对撞机上W玻色子产生截面预测有何影响？

主要发现

• MRST2001和CTEQ6 PDF拟合在x₂ < 0.15范围内对截面的x₂依赖关系描述得非常准确，证实了其在0.03 ≤ x < 0.15范围内的可靠性。
• MRST2001 PDF在大x₁区域高估了约15–20%的价夸克分布，且在pd数据中观察到的偏差大于pp数据。
• CTEQ6 PDF同样在大x₁区域高估了价夸克，偏差幅度与MRST2001相似，且数据落在CTEQ6不确定度下限以下。
• 偏差集中于低x₂、高x₁事件，表明在与小x₂反夸克组合时，对大x处价夸克的建模存在特定失败。
• 对K′-因子的拟合得到α ≈ 1.06–1.15和β ≈ 0.14–0.23，明显偏离1，证实了对价夸克的高估。
• 这些结果意味着未来的PDF拟合必须对大x区域的u和d夸克分布进行大幅修正，从而降低顶夸克对撞机上新物理信号的预测值。