[論文レビュー] Threshold resummation in direct photon production and its implications on the large-x gluon PDF

N. Sato|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、pQCDにおけるNLL+NLO精度のしきい値アンサンブルが、長年の理論的予測と固定標的に基づく直接光子データ（UA6）との乖離を解消することを提案しており、これによりこれらのデータをグローバルPDFフィットに組み込むことが可能になる。CTEQ6m PDFレプリカを用いたベイズ的再重み付けにより、直接光子データが大x領域におけるグルーオンPDFの不確実性を顕著に低減することが示された。特にx ~ 0.3およびQ = 10 GeVの領域で顕著な効果が観察された。

ABSTRACT

Currently, the gluon distribution function is mainly constrained by jet data. Yet, its high-x behaviour is largely unknown. This kinematic region is important, for instance, for the understanding of the production of a massive state at forward rapidities at the LHC. In the past, single inclusive direct photon data from fixed target experiments was used to constrain the gluon distribution due to its dominant contribution from the $qg ightarrowγq$ subprocess in proton-proton collisions. Due to disagreement with its theoretical predictions at next-to-leading order (NLO) in perturbative QCD (pQCD), direct photon data have been excluded from global fits. This talk will discuss an improvement to such theoretical predictions by including \emph{threshold resummation} at next-to-leading logarithmic accuracy (NLL) and its impact on gluon distribution at large-x using Bayesian reweighting technique.

研究の動機と目的

• 高横方向運動量領域におけるNLO pQCD予測と固定標的直接光子データ（UA6）との長年の不一致を解消すること。
• NLL+NLO精度でのしきい値アンサンブルが、陽子-陽子衝突における直接光子生成の理論的予測をどのように改善するかを評価すること。
• 単一インクリューシブ直接光子データが、グローバルフィットにおいて依然として poorly constrained である高x領域グルーオンPDFをどれほど制約できるかを評価すること。
• ベイズ的再重み付けフレームワークを用いて、UA6データがグルーオンPDFの不確実性に与える影響を定量化すること。
• 直接光子データが、すでによく制約されているジェットデータから得られている情報以外に、クォークPDFに新たな情報を提供するかを検討すること。

提案手法

• 中央値のCTEQ6mグルーオンPDFにランダムな摂動を加えることで100個のPDFレプリカを生成し、不確実性を±のばらつきとして表現する。
• しきい値アンサンブルを用いたpQCDフレームワークを用いて、NLO+NLL精度での直接光子断面積の理論的予測を計算する。
• 各レプリカについて、スケールをpTに設定したt₀法を用い、予測値とUA6データとの差をχ²で計算する。
• 各レプリカにexp(−½χ²)に比例するベイズ的重みを割り当て、重みの合計が100に等しくなるように正規化する。
• 重み付きレプリカを用いて、グルーオンおよびアップクォークPDFの再重み付け済み期待値と分散を計算する。
• 再重み付け済みの不確実性と未重み付けの不確実性を比較し、UA6データによる情報の増加を定量化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NLL+NLO精度でのしきい値アンサンブルは、NLO pQCD予測とUA6直接光子データとの乖離を解消するか？
• RQ2 固定標的実験からの直接光子データが、高x領域グルーオンPDFをどの程度制約できるか？
• RQ3 UA6データの組み込みが、x ~ 0.3およびQ = 10 GeVにおけるグルーオンPDFの不確実性帯にどのように影響するか？
• RQ4 すでによく制約されているにもかかわらず、直接光子データがアップクォークPDFに新たな制約を提供するか？
• RQ5 PDFレプリカのベイズ的再重み付けは、新規データがPDFの不確実性に与える影響を効果的に定量化できるか？

主な発見

• NLL+NLO精度でのしきい値アンサンブルの組み込みにより、理論的予測がUA6直接光子データと良好に一致し、従来のNLOの乖離が解消された。
• 再重み付け後、Q = 10 GeVにおけるグルーオンPDFの不確実性帯は、UA6データが感度を持つx ~ 0.3領域で顕著に縮小された。
• グルーオンPDFの再重み付け済み分散と未重み付け分散の比は、x ~ 0.3領域で著しく低下しており、不確実性の明確な低減が示された。
• アップクォークPDFは再重み付け後でほとんど変化がなく、UA6データがこのパートン種に新たな情報を提供していないことが確認された。
• 最良適合レプリカ（重みが最大）は再重み付け済み期待値に非常に近い位置にあり、アンサンブル全体の整合性が保たれていることが示された。
• 再重み付け済みグルーオンPDFの期待値は未重み付けのものとほぼ同一であり、中央値がデータの組み込みによって安定していることが示唆された。