[论文解读] Impact of inclusive hadron production data on nuclear gluon PDFs

nCTEQ Collaboration, Duwent\"aster, P.+9 more|arXiv (Cornell University)|May 20, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 100被引用 31

一句话总结

本论文通过整合RHIC（PHENIX、STAR）和LHC（ALICE）的单一致能强子（SIH）产生数据，扩展了nCTEQ15全球核部分子分布函数（nPDF）拟合，显著改善了小x区域核胶子PDF的约束。利用新的nCTEQ++框架，结合预计算网格与多种强子 fragmentation 函数，研究表明SIH数据降低了核胶子分布的不确定性，特别是在小x区域，且结果对fragmentation函数变化具有鲁棒性。

ABSTRACT

A precise knowledge of nuclear parton distribution functions (nPDFs) is -- among other things -- important for the unambiguous interpretation of hard process data taken in pA and AA collisions at the Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) and the Large Hadron Collider (LHC). The available fixed target data for deep inelastic scattering (DIS) and Drell-Yan (DY) lepton pair production mainly constrain the light quark distributions. It is hence crucial to include more and more collider data in global analyses of nPDFs in order to better pin down the different parton flavors, in particular the gluon distribution at small x. To help constrain the nuclear gluon PDF, we extend the nCTEQ15 analysis by including single inclusive hadron (SIH) production data from RHIC (PHENIX and STAR) and LHC (ALICE). In addition to the DIS, DY and SIH data sets, we will also include LHC W/Z production data. As the SIH calculation is dependent on hadronic fragmentation functions (FFs), we use a variety of FFs available in the literature to properly estimate this source of uncertainty. We study the impact of these data on the PDFs, and compare with both the nCTEQ15 and nCTEQ15WZ sets. The calculations are performed using a new implementation of the nCTEQ code (nCTEQ++) including a modified version of INCNLO which allows faster calculations using pre-computed grids. The extension of the nCTEQ15 analysis to include the SIH data represents an important step toward the next generation of PDFs.

研究动机与目标

• 通过整合RHIC与LHC的单一致能强子（SIH）产生数据，改进小x区域核胶子PDF的约束。
• 评估fragmentation函数（FF）不确定性对全局nPDF拟合中核胶子PDF提取的影响。
• 通过整合SIH数据，扩展nCTEQ15全局分析，与现有的DIS、Drell-Yan及W/Z产生数据并行处理。
• 通过测试多种fragmentation函数集并评估尺度不确定性，验证nPDF拟合的鲁棒性。
• 证明SIH数据中观察到的核效应与末态强子fragmentation无关，可一致解释为冷核物质初始态修正。

提出的方法

• 采用nCTEQ++框架，其基于修改后的INCNLO，结合预计算网格，以加速PDF拟合计算。
• 纳入p+Pb碰撞中√sNN = 200 GeV（RHIC）与5.02 TeV（LHC）的SIH产生数据，覆盖π⁰、η及带电强子。
• 使用多种fragmentation函数（DSS、Kretzer、AKK、NNPDF等）量化fragmentation通道的理论不确定性。
• 分析中包含fragmentation函数的尺度不确定性，并评估其对最终nPDF拟合的影响。
• 采用基于Hessian的不确定性方法进行拟合，同时并行拟合数据归一化参数以考虑实验系统误差。
• 将结果与nCTEQ15及nCTEQ15WZ全局拟合进行比较，评估胶子PDF约束的改进程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 RHIC与LHC的单一致能强子产生数据在多大程度上改善了小x区域核胶子PDF的约束？
• RQ2 fragmentation函数的不确定性在多大程度上影响了提取的核胶子PDF？
• RQ3 SIH数据中观察到的核效应是否与末态强子fragmentation无关，可一致解释为冷核物质初始态修正？
• RQ4 SIH数据的引入与fragmentation函数的变化如何影响nPDF的整体拟合优度与不确定性？
• RQ5 在不同pT与质心系能量下，胶子主导的子过程对p+Pb → π⁰ + X总截面的相对贡献如何？

主要发现

• RHIC与LHC的SIH数据显著降低了小x区域（特别是0.01 < x < 0.1范围）核胶子PDF的不确定性。
• 在低至中等pT区域，胶子贡献主导了p+Pb → π⁰ + X的截面，在√sNN = 200 GeV时达到约60–70%，在5 TeV时超过80%。
• 引入SIH数据导致核胶子PDF发生可测量的位移，尤其在反阴影化区域，显著提升了全局拟合质量。
• fragmentation函数不确定性对核胶子PDF的影响较小，不同FF集合之间的差异在不确定性范围内保持一致。
• 分析表明，SIH数据中观察到的核效应对fragmentation函数变化具有鲁棒性，支持其为初始态修正的解释。
• 新的nCTEQ++框架实现了更快、更稳定的全局拟合，使SIH数据的整合在未来的nPDF全局分析中变得可行且高效。