[논문 리뷰] Phenomenology of unpolarized TMDs from Semi-Inclusive DIS data

Andrea Signori, Alessandro Bacchetta외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 07. 09.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 6인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 HERMES 데이터를 사용하여 비극성 반응에서 맛에 따라 달라지는 횡방향 운동량 분포(TMD)에 대한 현상학적 분석을 제시한다. TMD parton 분포함수와 분해함수를 맛에 따라 달라지는 가우시안 형태로 모델링하고 데이터에 적합시킴으로써, TMD 분해함수에서 맛에 따른 분포의 차이가 뚜렷하게 드러나며, 특히 비우호적 및 u→K+ 과정에서 더 넓은 분포를 보임을 발견하였다. 반면 TMD parton 분포함수에서는 맛에 따른 차이가 약간 있으며, 더 이상의 결론을 내리기 어려운 정도였다.

ABSTRACT

We discuss the dependence on the flavor of the intrinsic transverse momentum in unpolarized transverse-momentum-dependent distribution functions (TMD PDFs) and fragmentation functions (TMD FFs) analyzing data of semi-inclusive deep-inelastic scattering (SIDIS) released by the HERMES collaboration. Adopting a flavor-dependent Gaussian model in the transverse momentum and neglecting QCD evolution, we find interesting evidences concerning the flavor dependence in TMD FFs, whereas the indications are weaker in TMD PDFs and deserve further investigations. Inclusions of new data sets of SIDIS, electron-positron annihilations and and Drell-Yan (DY) events require a proper treatment of QCD evolution. We try to get constraints on the non-perturbative Sudakov factor from electron-positron annihilations into hadrons.

연구 동기 및 목표

• SIDIS 데이터를 이용하여 비극성 TMD parton 분포함수 및 분해함수에서 내재된 횡방향 운동량의 맛에 따른 의존성을 조사하기 위해.
• 다른 쿼크 맛(업, 다운, 해)과 분해 유형(우호적, 비우호적, 스트랭전)이 횡방향 운동량 분포의 넓이에 차이를 보이는지 테스트하기 위해.
• QCD 진화 효과가 없는 조건에서 TMD에 대한 맛에 따라 달라지는 가우시안 모델의 타당성을 평가하기 위해.
• 미래의 종합적 QCD 진화 피팅을 위해 전자-positron 결합 데이터를 이용하여 비추상적 수렴 인자에 대한 제약을 제공하기 위해.
• QCD 진화를 포함하여 SIDIS, Drell-Yan, e+e− 반응을 포함한 여러 과정에 대한 일관된 종합적 TMD 피팅의 기초를 마련하기 위해.

제안 방법

• TMD PDF와 TMD FF에 대해 맛에 따라 달라지는 가우시안 가정을 채택하며, 횡방향 운동량 분산은 맛과 종량운동량 분율(x 또는 z)에 따라 달라지게 한다.
• 낮은 횡방향 운동량에서의 1차 임계 인자 분해 공식을 사용하여 SIDIS의 다중도를 TMD PDF와 TMD FF의 콘볼루션으로 표현한다.
• 몬테카를로 리플리카 방법을 사용하여 양성자 및 중수소 표적에서 펄서와 카이온이 최종 상태에 포함된 HERMES SIDIS 데이터에 모델을 적합시키며, 불확실성을 추정한다.
• 횡방향 운동량 폭에 대해 맛별로 특화된 매개변수 ⟨k²⊥,a⟩(PDF용)과 ⟨P²⊥,a→h⟩(FF용)를 도입하며, 기능적 형태는 x와 z에 따라 달라진다.
• 맛에 따라 달라지는 모델의 결과를 맛에 따라 달라지지 않는 가우시안 모델의 결과와 비교하여 맛에 따른 의존성의 통계적 유의성을 평가한다.
• e+e− 결합 데이터를 이용하여 비추상적 진화를 제약하는 프레임워크를 확장하여, 향후 QCD 진화를 고려한 종합적 피팅에 기여하고자 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 TMD 분해함수에서 내재된 횡방향 운동량이 맛에 따라 달라지며, 만약 그렇다면, 우호적, 비우호적, 스트랭전 쿼크 분해에서 어떻게 달라지는가?
• RQ2 TMD parton 분포함수의 횡방향 운동량에서 맛에 따른 차이가 측정 가능하며, 특히 복사 쿼크와 해 쿼크 간에 어떻게 달라지는가?
• RQ3 u→K+ 및 기타 과정의 TMD FF 폭이 우호적 분해함수와 비교하여 어떻게 다른가, 그리고 이는 비추상적 동역학에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 관측된 TMD FF의 맛에 따른 의존성이 68% 신뢰수준에서 맛에 따라 달라지지 않는 모델과 구별될 수 있는가?
• RQ5 e+e− 결합 데이터를 이용하여 비추상적 수렴 인자에 대해 어떤 제약을 둘 수 있으며, 이는 종합적 TMD 피팅 준비에 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• 분석 결과, TMD 분해함수에서 맛에 따른 의존성이 강력한 증거를 보였으며, ⟨P²⊥,unf⟩와 ⟨P²⊥,uK⟩는 ⟨P²⊥,fav⟩보다 약 20% 더 크며, 모든 값이 맛에 따라 달라지지 않는 모델의 68% 신뢰구간을 벗어나 있었다.
• TMD PDF에 대해서는 ⟨k²⊥,dv⟩ < ⟨k²⊥,uv⟩ < ⟨k²⊥,sea⟩의 경향이 나타나지만, 증거는 더 약하며 맛에 따라 달라지지 않는 구성이 여전히 68% 신뢰구간 내에 들어왔다.
• ⟨k²⊥,uv⟩의 68% 신뢰구간은 0.36±0.14 GeV², ⟨k²⊥,dv⟩는 0.30±0.17 GeV², ⟨k²⊥,sea⟩는 0.41±0.16 GeV²였으며, 이는 복사 업 쿼크에서 해 쿼크로 갈수록 횡방향 운동량이 증가함을 시사한다.
• TMD FF에 대해선 ⟨P²⊥,fav⟩의 68% 신뢰구간은 0.15±0.04 GeV², ⟨P²⊥,unf⟩는 0.19±0.04 GeV², ⟨P²⊥,uK⟩와 ⟨P²⊥,sK⟩는 모두 0.18±0.05 GeV²였다.
• 다중도 공식의 콘볼루션 기하학적 특성에 따라 기대되는 바와 같이, TMD PDF와 TMD FF의 횡방향 운동량 폭 사이에 강한 반비례 상관관계가 확인되었다.
• 본 연구는 종합적 피팅 프레임워크에서 TMD의 비추상적 성분을 더 잘 제약하기 위해 QCD 진화와 e+e− 결합 및 Drell-Yan 과정의 데이터를 통합할 필요성을 밝혔다.