[논문 리뷰] Universal Non-perturbative Functions for SIDIS and Drell-Yan Processes

Peng Sun, Joshua Isaacson외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 06. 11.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 18

한 줄 요약

이 논문은 콜린스-소퍼-스터먼(CSS) 재결합 프레임워크 내에서 전단운동량 의존(parton) 분포의 새로운 보편적인 비중량형 형상인자를 제안한다. 이는 수정된 $ b_* $-절차와 새로운 함수형태인 $ g_1b^2 + g_2\text{ln}(b/b_*)\text{ln}(Q/Q_0) + g_3b^2[(x_0/x_1)^\nu + (x_0/x_2)^\nu] $ 를 사용한다. 새로운 매개변수화는 Drell-Yan 및 SIDIS 데이터를 동시에 잘 기술하며, 이는 이전의 BLNY 피팅에서의 갈등을 해결하고 다양한 과정 간 TMD 함수의 보편성을 확립한다.

ABSTRACT

We update the well-known BLNY fit to the low transverse momentum Drell-Yan lepton pair productions in hadronic collisions, by considering the constraints from the semi-inclusive hadron production in deep inelastic scattering (SIDIS) from HERMES and COMPASS experiments. We follow the Collins-Soper-Sterman (CSS) formalism with the b_*-prescription. A universal non-perturbative form factor associated with the transverse momentum dependent quark distributions is found in the analysis with a new functional form different from that of BLNY. This releases the tension between the BLNY fit to the Drell-Yan data with the SIDIS data from HERMES/COMPASS in the CSS resummation formalism.

연구 동기 및 목표

• 고정-타겟 및 테바트론에서의 Drell-Yan 데이터와 HERMES 및 COMPASS 실험에서의 SIDIS 데이터 간 오랫동안 지속된 갈등을 해결하기 위해.
• Drell-Yan 및 SIDIS 데이터 양측의 제약 조건을 통합함으로써 하드 산란 과정 간 비중량형 TMD 함수의 보편성을 확립하기 위해.
• CSS 형식에서 $ Q^2 $, $ x $, $ b $-의존성에 더 잘 맞는 비중량형 형상인자의 새로운 함수형태를 개발하기 위해.
• 기존의 저-$ Q^2 $ SIDIS 데이터에 대해 새로운 매개변수화를 검증하고 향후 고-$ Q^2 $ 측정치에의 적용 가능성을 평가하기 위해.
• 스핀 비대칭, 특히 Drell-Yan 및 SIDIS에서의 Sivers 효과를 포함한 TMD 진화의 보편적 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• 소규모-$ b $ 발산을 규제하기 위해 $ b_* $-절차를 사용하는 콜린스-소퍼-스터먼(CSS) 재결합 형식을 채택한다.
• 새로운 비중량형 형상인자로, $ g_1b^2 + g_2\text{ln}(b/b_*)\text{ln}(Q/Q_0) + g_3b^2[(x_0/x_1)^\nu + (x_0/x_2)^\nu] $ 를 제안하며, 원래의 BLNY 로그형 $ Q $-의존성을 대체한다.
• Drell-Yan 데이터(고정-타겟 및 테바트론에서)와 SIDIS 데이터(HERMES 및 COMPASS에서)를 종합적으로 피팅하여 $ g_1, g_2, g_3, \nu, x_0 $ 를 추출한다.
• 추출된 비중량형 함수를 사용하여 SIDIS에서의 횡운동량 분포를 예측하고, 분해형 함수 기여를 포함한다.
• 이론적 불확실성으로 인해 저-$ Q^2 $ 에서는 $ Y $-항을 배제한 최초의 순서 재결합 결과를 사용하여 예측치를 HERMES 및 COMPASS 데이터와 비교한다.
• 향후 고-$ Q^2 $ SIDIS 데이터에 대한 새로운 매개변수화의 강인성을 평가하며, 이 경우 $ Y $-항 기여가 작아질 것으로 예상된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 한 개의 비중량형 TMD 함수가 CSS 재결합 프레임워크 내에서 Drell-Yan 및 SIDIS 데이터를 동시에 일관되게 기술할 수 있는가?
• RQ2 비중량형 형상인자의 함수형태를 어떻게 수정하여 BLNY 피팅과 SIDIS 데이터 간의 갈등을 해결할 수 있는가?
• RQ3 비중량형 함수에서 $ b^2\text{ln}(Q^2) $ 의존성을 $ \text{ln}(b/b_*)\text{ln}(Q) $ 로 대체할 경우 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 새로운 매개변수화가 다양한 하드 과정 간 TMD 분포의 보편적 기술을 어느 정도 가능하게 하는가?
• RQ5 이론적 불확실성, 특히 $ Y $-항에 의한 영향은 저-$ Q^2 $ SIDIS 데이터 비교에 어떻게 작용하며, 고-$ Q^2 $ 에서는 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• 새로운 SIYY-2 매개변수화는 Drell-Yan 및 SIDIS 데이터를 동시에 잘 기술하며, 원래의 BLNY 피팅에서 존재하던 갈등을 해결한다.
• 비중량형 형상인자는 과정 간 보편적이며, $ Q^2 $-의존성은 $ \text{ln}(b/b_*)\text{ln}(Q) $ 로 기술되며, 원래의 BLNY의 $ b^2\text{ln}(Q^2) $ 형식과 다름을 확인한다.
• SIDIS 데이터의 경우, 최초의 순서 재결합 결과를 사용할 때 $ g_h = 0.042 $ 가 충분한 것으로 나타났다.
• SIYY-g 피팅(순수 가우시안 형상)에서의 $ g_2 $ 매개변수는 $ 0.167 \pm 0.01 $ 으로, 라티스 QCD 추정치인 $ 0.19^{+0.12}_{-0.09}~\text{GeV}^2 $ 와 일치하여 접근법의 타당성을 검증한다.
• SIYY-1 피팅에서의 $ g_2 $ 값은 소규모-$ b $ 근사에서 $ 0.187 $ 으로 나타나, SIYY-g 피팅 및 라티스 결과와의 일관성을 확인한다.
• $ Y $-항 기여는 저-$ Q^2 $ 에서 크지만, 고-$ Q^2 $ 에서는 무시할 수 없을 정도로 작아지며, 이로써 CSS 형식이 데이터를 더 잘 기술할 수 있게 된다.