[论文解读] Constraining the Intrinsic Heavy Quark PDF via Direct Photon Production in Association with a Heavy Quark Jet

K. Kovařı́k, T. Stavreva|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用 3

一句话总结

本文提出通过研究与重夸克喷注关联的直接光子产生过程，探测高动量分数（x）区域的胶子内秉底夸克部分子分布函数（PDF）。通过分析在 Tevatron、RHIC 和 LHC 上的 NLO 预测，结果表明，数据与标准 PDF 模型之间的差异——尤其是在高光子横动量区域——可部分由 BHPS 等内秉底夸克模型解释，这些模型在大 x 区域增强了底夸克 PDF。

ABSTRACT

We investigate a possible use of direct photon production in association with a heavy quark to test different models of intrinsic heavy quark parton distribution function (PDF) at the Tevatron, at the large hadron collider (LHC) and at RHIC.

研究动机与目标

• 研究在 Tevatron 上，直接光子 + 重夸克喷注产生过程的 NLO QCD 预测与实验数据之间的观测偏差，是否可由内秉重夸克 PDF 解释。
• 评估直接光子 + 重夸克喷注产生过程对内秉底夸克模型的敏感性，特别是高 x 区域。
• 基于质心系能量与运动学覆盖范围，比较该过程在不同对撞机（Tevatron、RHIC、LHC）上的探测能力。
• 评估 BHPS 内秉底夸克模型与类海分布的内秉底夸克模型在多大程度上可解释高光子横动量区域的数据偏差。
• 为测试非辐射、内秉的底夸克 PDF 贡献（超越来自胶子的微扰演化）提供一个框架。

提出的方法

• 使用 LO（Leading Order）和 NLO（Next-to-Leading Order）QCD 计算处理过程 $gQ \to \gamma Q$，以模拟与重夸克喷注关联的直接光子产生。
• 应用与 D0（Tevatron）、PHENIX（RHIC）和 CMS（LHC）实验一致的光子与重夸克喷注的横动量、快度及隔离条件的运动学截断。
• 通过两种模型比较 NLO 预测：BHPS 模型（在大 x 区域增强底夸克 PDF）与类海模型（与轻夸克海分布成比例）。
• 分析作为光子横动量 ($p_T$) 函数的微分截面，以识别内秉底夸克效应最显著的区域。
• 通过比较部分子动量分数 $x$ 的运动学覆盖范围，评估不同对撞机的敏感性，其中 RHIC 因较低的 $\sqrt{s}$ 而对高 x 效应最敏感。
• 使用 Tevatron 上的现有 D0 数据作为基准，测试模型预测，特别是在数据偏离标准 NLO 预测的高-$p_T$ 区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 Tevatron 上直接光子 + 底夸克喷注产生过程的 NLO QCD 预测与 D0 实验数据之间的观测偏差，是否可由 PDF 中的内秉底夸克解释？
• RQ2 不同内秉底夸克模型（特别是 BHPS 模型与类海模型）如何影响直接光子 + 重夸克喷注产生过程的微分截面？
• RQ3 为何直接光子 + 重夸克喷注过程在高动量分数（x）区域对内秉底夸克特别敏感？
• RQ4 对不同对撞机（Tevatron、RHIC、LHC）的内秉底夸克敏感性如何变化？质心系能量在其中起什么作用？
• RQ5 BHPS 内秉底夸克模型在多大程度上可解释 Tevatron 上观测到的高-$p_T$ 光子数据过剩？

主要发现

• Tevatron 上 D0 实验的数据在高光子横动量（$p_T > 20$ GeV）区域显著偏离标准 NLO QCD 预测，尤其在预期内秉底夸克效应显著的区域。
• BHPS 内秉底夸克模型在大 $x$ 区域增强底夸克 PDF，导致高 $p_T$ 区域直接光子 + 底夸克喷注产生截面明显增加。
• 尽管 BHPS 模型无法完全解释 D0 数据的过剩，但其提供了部分解释，并表明底夸克 PDF 中可能存在非辐射、内秉的贡献。
• 由于较低的质心系能量，该过程在 RHIC 上对内秉底夸克最敏感，因为其可探测部分子分布函数中的更高 $x$ 值。
• 在 LHC 上，该过程仍对内秉底夸克敏感，但更高的 $\sqrt{s}$ 降低了其对高 $x$ 效应的相对敏感性，相较于 RHIC。
• 使用标准 PDF 的 NLO 计算无法描述高 $p_T$ 光子数据，表明在全局 PDF 拟合中必须考虑额外贡献（如内秉底夸克）。