[论文解读] Extraction of unpolarized transverse momentum distributions from fit of Drell-Yan data at N$^4$LL

Valentin Moos, Ignazio Scimemi+2 more|arXiv (Cornell University)|May 12, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本论文首次在N⁴LL微扰精度下，通过全球拟合Drell-Yan与弱玻色子产生数据，实现了对未极化横动量依赖部分子分布函数（TMDPDFs）及Collins-Soper核的提取。该研究引入了味依赖的非微扰假设，并首次一致地将共线PDF不确定性传播至TMDPDF确定中，显著降低了PDF偏差效应，同时实现了与LHC数据相兼容的高精度。

ABSTRACT

We present the extraction of unpolarized transverse momentum dependent parton distributions functions (TMDPDFs) and Collins-Soper kernel from the fit of Drell-Yan and weak-vector boson production data. The TMDPDF are parameterized, as commonly done, using their (large transverse momentum) asymptotic matching to PDF. The analysis is done at the next-to-next-to-next-to-next-to leading logarithmic accuracy (N$^4$LL) (performed only approximately because PDF evolution is known so far at next-to-next-to leading order (NNLO)). The non-perturbative model used for TMDPDF is flavor dependent to reduce the colllinear PDF bias. The estimation of uncertainties is done with the replica method and, for the first time, it includes the propagation of uncertainties due to the collinear distributions.

研究动机与目标

• 通过将微扰精度扩展至N⁴LL阶，提升未极化TMDPDF的精度。
• 通过在全局拟合中纳入共线PDF的不确定性，减少TMD物理学中的PDF偏差问题。
• 引入TMDPDF及Collins-Soper核的味依赖非微扰假设。
• 利用扩展数据集（包括ATLAS、CMS、LHCb和CDF/D0的新型W玻色子与高精度Z玻色子数据）更新ART23 TMDPDF提取。
• 通过复制方法结合数据与PDF不确定性，提供更可靠的不确定性估计。

提出的方法

• 在N⁴LL精度下，使用artemide框架对Drell-Yan与弱矢量玻色子产生数据进行全局拟合。
• TMDPDF通过包含每种部分子味参数λ₁与λ₂的味依赖非微扰假设进行参数化。
• 通过关系式 lim_{b→0} f₁(x,b;μ,ζ) ≈ ∑_j ∫_x^1 (dy/y) C_{i←j}(y,b;μ,ζ) q_j(x/y,μ) 强制实现共线极限，确保与共线PDF的一致性。
• 采用复制方法估计不确定性，包括将共线PDF不确定性一致传播至TMDPDF提取中。
• 以MSHT20作为基准共线PDF集合，另进行NNPDF3.1的补充拟合以评估PDF偏差敏感性。
• 理论预测与ATLAS、CMS、LHCb、CDF、D0、PHENIX、STAR及E772的实验数据进行比较，所有数据均施加一致的运动学截断。

实验结果

研究问题

• RQ1 将微扰精度提升至N⁴LL阶，对TMDPDF及其不确定性的提取有何影响？
• RQ2 引入味依赖的非微扰参数后，对TMDPDF提取中PDF偏差的减少程度如何？
• RQ3 共线PDF的不确定性如何传播至TMDPDF确定中？其对最终结果的影响如何？
• RQ4 使用MSHT20与NNPDF3.1共线PDF提取的TMDPDF在大-x区域有何差异？
• RQ5 新型W玻色子与高精度Z玻色子数据在多大程度上改善了对TMDPDF的约束？

主要发现

• ART23提取实现了N⁴LL精度，并首次一致地将共线PDF不确定性传播至TMDPDF不确定性中。
• 引入味依赖的非微扰参数虽可减少但无法完全消除PDF偏差问题，表现为MSHT20与NNPDF3.1拟合中λ₂参数的差异。
• MSHT20与NNPDF3.1拟合中，海夸克分布的TMDPDF不确定性带在大-x区域存在显著分歧。
• 在中-x区域（x ∼ 10⁻²–10⁻³），MSHT20与NNPDF3.1的TMDPDF总体一致，但大-x行为出现明显分歧，尤其在u、d及反夸克分布中。
• ATLAS与LHCb数据的理论预测在N⁴LL下与实验数据高度一致，但在使用不同共线PDF时，LHCb数据（x ∼ 10⁻¹）显示出更大偏差。
• 所有实验数据集（包括CDF与D0的新型W玻色子数据）的拟合结果均稳定且一致，证实了提取结果的稳健性。