[论文解读] TMD PDFs: a Monte Carlo implementation for the sea quark distribution

F. Hautmann, Martin Hentschinski+1 more|arXiv (Cornell University)|May 29, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 44被引用 18

一句话总结

本文提出了一种蒙特卡洛实现方法，用于包含高能强子碰撞中海夸克贡献的横动量依赖（TMD）部分子分布函数（PDF），扩展了以往的冻结近似。通过在小-x TMD因子化框架内引入胶子-夸克分裂核的完整有限-k_\perp 级数，该方法实现了对味 singlet 观测量中所有阶次的小-x 对数的重求和，首次数值结果表明，不同尺度选择下前向Z玻色子产生谱具有一致性。

ABSTRACT

This article gives an introduction to transverse momentum dependent (TMD) parton distribution functions and their use in shower Monte Carlo event generators for high-energy hadron collisions, and describes recent progress in the treatment of sea quark effects within a TMD parton-shower framework.

研究动机与目标

• 通过包含海夸克效应，将现有的TMD部分子喷射框架扩展至超越冻结近似的范围。
• 在小-x区域使用TMD因子化方法，对味 singlet 夸克演化进行一致处理。
• 实现一种蒙特卡洛方法，对海夸克贡献实现所有阶次α_s下的小-x对数校正重求和。
• 利用新的TMD海夸克分布，为前向Z玻色子产生提供数值预测。
• 为适用于中心和前向快度区域的完整耦合喷射演化建立基础，特别是在味 singlet 区域。

提出的方法

• 该方法采用小-x相干分支方程（式7）来模拟TMD演化，结合了胶子-夸克分裂核的完整有限-k_\perp 结构。
• 利用小-x区域的TMD因子化形式，通过式（1）中的矩阵元定义非积分味 singlet 夸克分布，式（2）中的规范不变eikonal线确保一致性。
• 该方法包含两粒子不可约核中所有k_\perp相关项，实现了α_s中所有阶次小-x对数的重求和。
• 通过蒙特卡洛方法实现分支过程的数值结果，喷射演化中的尺度选择由式（11）和（12）定义。
• 利用高能夸克t-通道交换形式（参考文献[78]）计算TMD海夸克分布与Drell-Yan产生的耦合。
• 该框架被应用于前向Z玻色子产生，通过比较不同尺度选择下的结果，验证了横动量和快度谱的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在超越冻结近似的TMD部分子喷射中一致地包含海夸克贡献？
• RQ2 包含胶子-夸克分裂核的完整有限-k_\perp 结构对TMD演化和重求和有何影响？
• RQ3 喷射演化中不同尺度选择如何影响小-x区域前向Z玻色子产生的预测？
• RQ4 新TMD海夸克实现的数值结果在低和高-p_\perp 区域与矩阵元计算的一致程度如何？
• RQ5 所提出的方法能否扩展至在中心和前向快度区域一致处理海夸克的Drell-Yan产生？

主要发现

• 该实现成功包含了胶子-夸克分裂核的完整有限-k_\perp 级数，实现了对味 singlet 观测量中所有阶次小-x对数校正的重求和。
• 前向Z玻色子产生的数值结果表明，在高横动量区域，TMD喷射与矩阵元计算结果高度一致，此时t-通道夸克交换占主导。
• 在低-p_\perp 区域的差异归因于s-通道夸克贡献和Sudakov形式因子效应，这些效应对式（11）和（12）中的尺度选择敏感。
• 所考虑的三种尺度选择（固定μ、最大角度尺度、qg^*矩阵元）在高-p_\perp 区域产生一致的谱，验证了框架的鲁棒性。
• 该方法首次实现了小-x区域海夸克动力学在部分子喷射中的系统性蒙特卡洛实现，为未来扩展至完整味 singlet 喷射演化奠定了基础。
• 结果表明，海夸克贡献可在TMD框架中与胶子主导过程同等系统地处理，从而拓展了其在LHC物理中的广泛应用前景。