[论文解读] Energy-scaling behavior of intrinsic transverse momentum parameters in Drell-Yan simulation

Hayrapetyan, Aram, Tumasyan, Armen+2405 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2024

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本研究利用 PYTHIA 8 和 HERWIG 7 事件生成器，研究了 Drell-Yan 过程中固有横向动量（kT）参数的能量标度行为。通过在质心系能量上调节 kT 参数跨越三个数量级，并在双轻子不变质量上调节两个数量级，作者发现，在固定 √s 下，该行为与不变质量无关，表明在不同能量尺度下存在稳健的非微扰 QCD 效应。

ABSTRACT

An analysis is presented based on models of the intrinsic transverse momentum (intrinsic $k_T$) of partons in nucleons by studying the dilepton transverse momentum in Drell-Yan events. Using parameter tuning in event generators and existing data from fixed-target experiments and from hadron colliders, our investigation spans 3 orders of magnitude in center-of-mass energy and 2 orders of magnitude in dilepton invariant mass. The results show an energy-scaling behavior of the intrinsic $k_T$ parameters, independent of the dilepton invariant mass at a given center-of-mass energy.

研究动机与目标

• 研究 Drell-Yan 事件中固有横向动量（kT）参数在宽广质心系能量范围内的能量标度行为。
• 确定固有 kT 参数是否依赖于双轻子不变质量，或是否在能量上普遍可标度。
• 评估 kT 参数调优在不同事件生成器（PYTHIA 8、HERWIG 7）以及固定靶实验与对撞机实验数据之间的一致性。
• 区分微扰 QCD（如初态辐射）与非微扰效应（如部分子喷注、MPI）在塑造 kT 参数中的贡献。
• 验证 kT 参数调优在不同对撞系统（pp、pPb）和能量尺度（高达 13 TeV）下的普适性。

提出的方法

• 在 PYTHIA 8 和 HERWIG 7 中使用下一阶修正（NLO）矩阵元计算，并与部分子喷注匹配以生成事件。
• 应用调优的底层事件（UE）模型（PYTHIA 8 中的 CP3/CP4/CP5，HERWIG 7 中的 CH2/CH3），并保持 αS(mZ) = 0.118 一致，PDF 采用 NLO/NNLO 剂量。
• 将固有 kT 建模为具有可调宽度参数的高斯分布随机变量，并通过与实验 pT(ℓ+ℓ−) 分布对比进行校准。
• 使用从 38.8 GeV 到 13 TeV 的 Drell-Yan 微分截面数据进行参数调优，涵盖固定靶实验（E866/NuSea、R209）、对撞机实验（CDF、D0、CMS、ATLAS、LHCb）以及 pPb（CMS）测量。
• 将 pPb 数据校正至核子-核子质心系能量，以与 pp 数据保持一致比较。
• 使用 HEPData 存储和共享调优后的参数值与模拟结果，以确保可复现性与交叉比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 Drell-Yan 过程中，固有 kT 参数是否在不同质心系能量下表现出普适的标度行为？
• RQ2 在固定质心系能量下，固有 kT 参数是否与双轻子不变质量无关？
• RQ3 PYTHIA 8 和 HERWIG 7 在相同实验数据集上的调优结果如何比较？
• RQ4 初态辐射和底层事件模型在多大程度上影响提取的 kT 参数？
• RQ5 kT 参数是否能通过一个单一的普适标度函数在三个数量级的能量范围内进行描述？

主要发现

• 固有 kT 参数在 38.8 GeV 至 13 TeV 的质心系能量范围内表现出清晰的能量标度行为，且在固定 √s 下与双轻子不变质量无关。
• 该标度行为在 PYTHIA 8 和 HERWIG 7 事件生成器中均保持一致，表明其结果具有鲁棒性，不依赖于特定建模选择。
• 来自固定靶实验（如 E866/NuSea）和对撞机数据（如 CMS 在 13 TeV 下）的调优 kT 参数遵循相同的标度趋势，表明其具有普遍的非微扰 QCD 源头。
• 在研究范围（4–120 GeV）内，kT 参数对双轻子不变质量 Q 无显著依赖，支持普适标度假设。
• 即使考虑初态辐射和底层事件效应，该标度行为依然成立，表明观察到的趋势并非部分子喷注建模的产物。
• 结果支持在从固定靶到 LHC 能量的全能量范围内，使用单一普适的 kT 参数标度函数描述 Drell-Yan 过程。