[论文解读] Global QCD Analysis of Pion Parton Distributions with Threshold Resummation

Barry, P. C., Ji, Chueng-Ryong+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 12, 2021

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 68

一句话总结

本研究首次采用贝叶斯蒙特卡洛框架结合Drell-Yan过程中的下一阶对数（NLL）阈值重求和，对π介子部分子分布（PDFs）进行了全球QCD分析。结果表明，阈值重求和显著改变了夸克分布在大-x区域的行为，其βv值从≈1变化至>2.5，同时使胶子动量分数增加至≈40%，对π介子质量的贡献约为40 MeV。

ABSTRACT

We perform the first global QCD analysis of pion valence, sea quark, and gluon distributions within a Bayesian Monte Carlo framework with threshold resummation on Drell-Yan cross sections at next-to-leading log accuracy. Exploring various treatments of resummation, we find that the large-$x$ asymptotics of the valence quark distribution $\sim (1-x)^{\beta_v}$ can differ significantly, with $\beta_v$ ranging from $\approx 1$ to $> 2.5$ at the input scale. Regardless of the specific implementation, however, the resummation induced redistribution of the momentum between valence quarks and gluons boosts the total momentum carried by gluons to $\approx 40\%$, increasing the gluon contribution to the pion mass to $\approx 40$ MeV.

研究动机与目标

• 对包含NLL精度阈值重求和效应的π介子部分子分布（PDFs）进行全球QCD分析。
• 研究不同重求和方案——Mellin-Fourier（MF）与双重Mellin（DM）——对价夸克PDF大-x行为的影响。
• 量化阈值重求和对π介子中价夸克与胶子间动量分配的影响。
• 在贝叶斯框架下，利用Drell-Yan和领先中子（LN）电荷流产数据约束π介子的胶子和海夸克分布。
• 通过重求和后的PDF评估胶子对π介子质量的贡献。

提出的方法

• 采用贝叶斯蒙特卡洛框架，对Drell-Yan和LN电荷流产数据进行全局拟合。
• 应用下一阶对数（NLL）阈值重求和，使用Mellin-Fourier（MF）和双重Mellin（DM）方法，以重求和来自软胶子发射的大对数项。
• 在Mellin空间求解DGLAP演化方程，以确保数值稳定性并避免Landau极点引起的奇异性。
• 使用共轭空间中的重求和硬系数（Mellin与傅里叶变换）计算强子截面。
• 将Mellin-Fourier变换后的截面反变换回动量空间，以与实验数据进行比较。
• 基于前期分析，在输入尺度上固定海夸克和胶子PDF，同时允许价夸克PDF由数据约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 在NLL精度下，阈值重求和如何影响π介子价夸克PDF在大-x区域的行为？
• RQ2 不同重求和方案（MF与DM）对价夸克分布中(1−x)^βv拟合形式的等效βv参数有何影响？
• RQ3 阈值重求和在多大程度上将动量从价夸克重新分配给胶子？
• RQ4 在引入重求和效应后，胶子对π介子质量的贡献是多少？
• RQ5 重求和后的PDF在多大程度上能准确描述现有的Drell-Yan和LN电荷流产数据？

主要发现

• 阈值重求和导致动量显著重分配，使胶子动量分数增加至约40%。
• 价夸克PDF中(1−x)^βv形式的等效βv参数在不同重求和方案下变化显著，其值在输入尺度上从≈1变化至>2.5。
• 重求和计算得到的价夸克分布比固定阶计算更硬，即使固定阶拟合建议βv≈1，其βv值仍可接近2。
• 胶子对π介子质量的贡献估计为≈40 MeV，凸显了非微扰胶子效应的重要性。
• 双重Mellin（DM）方法相比传统MF方法提供了更稳定且一致的重求和框架。
• 引入阈值重求和后，对高-x区域Drell-Yan和LN数据的描述得到改善，尤其在固定阶计算失效的阈值区域。