[论文解读] A method to include exclusive heavy vector-meson production data at small $x$ in global parton analyses

Chris A. Flett, A. D. Martin+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 2, 2024

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本文提出一种方法，将小x区域的独态重矢量介子产生数据纳入全球部分子分布分析中，通过将实验截面转换为有效胶子PDF点。利用xFitter，作者证明了引入LHCb的J/ψ和Υ数据可显著提高低x区域胶子PDF的精度，同时提供了未来在NLO水平进行全局拟合的有效胶子点。

ABSTRACT

We propose a method which allows the inclusion of exclusive heavy vector-meson production data at low $x$ in future global parton analyses. As an example we perform a study within xFitter to determine the gluon parton distribution function (PDF) at next-to-leading order (NLO) at moderate-to-low $x$ using the measurements of exclusive $J/\psi$ production in ep and pp collisions from HERA and LHC. We further study the constraints from the corresponding $\Upsilon$ production process. We finish by discussing the possible effects at next-to-next-to-leading order (NNLO) through incorporation of a K factor for the exclusive heavy vector-meson coefficient function at NLO.

研究动机与目标

• 解决在全局部分子分布分析中纳入小x区域独态重矢量介子产生数据的挑战。
• 通过用有效胶子PDF点替代非对称广义部分子分布（GPDs），克服使用GPDs带来的计算困难。
• 展示LHCb J/ψ和Υ独态截面数据对低x区域胶子PDF精度的影响。
• 为未来全球分析提供一个实用框架，利用现有拟合工具（如xFitter）纳入这些数据。
• 探索通过HERA数据提取K因子，将该方法扩展至NNLO精度的潜力。

提出的方法

• 将LHCb测量的独态J/ψ和Υ产生截面转换为小x区域的胶子PDF有效值。
• 使用Shuvaev变换在小ξ区域将GPDs与传统PDFs关联，从而提取有效胶子点。
• 应用xFitter全局拟合框架，将深度非弹性散射（DIS）数据与有效胶子点结合。
• 通过拟合测量的γp →J/ψp截面在NLO下提取有效胶子PDF值，使用已知的光子通量和间隙生存因子。
• 通过将测量截面与使用NNLO PDF的NLO预测进行比较，估算独态矢量介子系数函数在NLO下的K因子。
• 提出一条通往NNLO*精度的路径：将提取的K因子应用于NLO系数函数，前提是完整NNLO系数函数可得。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管GPD结构复杂，如何能有效将小x区域的独态重矢量介子产生数据纳入全球部分子分布分析？
• RQ2 LHCb J/ψ和Υ独态截面测量在多大程度上提升了低x区域胶子PDF的精度？
• RQ3 能否从实验数据中可靠提取有效胶子PDF点，作为标准全局拟合的输入？
• RQ4 吸收修正和高阶 twist 效应对x < 0.01区域胶子PDF的影响是什么，如何对其进行建模？
• RQ5 是否可行通过将从HERA数据中提取的K因子应用于NLO系数函数，实现在全局拟合中的NNLO*精度？

主要发现

• 从LHCb J/ψ和Υ独态产生数据中提取的有效胶子点显著提升了低x区域（x < 0.01）胶子PDF的精度。
• 在0.01 > x > 0.001区间内，提取的胶子PDF表现出幂律行为xg(x) = A · x−λ，其中λ = 0.135 ± 0.006，与低x动力学一致。
• 使用标准PDF集合的DGLAP演化低估了极低x区域的胶子增长，表明需要引入吸收修正或高阶 twist 效应。
• 通过HERA数据估算出独态矢量介子系数函数在NLO下的K因子，为实现NNLO*精度铺平了道路。
• 该方法可在不需在每次迭代中进行完整GPD计算的前提下，将独态重矢量介子数据纳入传统全局拟合。
• 表1和表2提供了在NLO下提取的有效胶子PDF值，可直接用于未来全局分析，以约束小x区域的胶子分布。