[论文解读] Importance of Semi Inclusive DIS Processes in Determining Fragmentation Functions

Elliot Leader, A. V. Sidorov+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2013

Laser-induced spectroscopy and plasma被引用 5

一句话总结

本论文对HERMES和COMPASS实验的半微量深度非弹性散射（SIDIS）中产生的π介子多重性进行了下一阶修正（NLO）QCD分析，以提取新的π介子 fragmentation functions（FFs）。研究发现，HERMES数据在[x,z]与[Q²,z]两种动量空间格式之间存在显著不一致，其中[Q²,z]格式的拟合效果更优（χ²/DOF = 1.15），表明[x,z]格式可能存在缺陷；而COMPASS数据与新提取的FFs一致，但与广泛使用的DSS FFs不一致。

ABSTRACT

A NLO QCD analysis of the HERMES and COMPASS data on pion multiplicities is presented. Sets of pion fragmentation functions are extracted from fits to the data and compared with those obtained from other groups before these data were available. The consistency between HERMES and COMPASS data is discussed. We point out a possible inconsistency between the HERMES [x, z] and [Q^2, z] presentations of their data.

研究动机与目标

• 从近期HERMES和COMPASS未极化SIDIS实验中π介子多重性的数据中提取新的π介子fragmentation functions（FFs）。
• 评估HERMES与COMPASS数据之间的一致性，特别是针对不同动量空间格式（[x,z]与[Q²,z]）的比较。
• 在新实验数据的背景下，评估现有FF集合（尤其是DSS和HKNS）的可靠性。
• 判断在数据格式之间观察到的差异是否源于实验提取误差，或存在物理上的不一致。

提出的方法

• 对HERMES和COMPASS的π介子多重性数据进行NLO QCD全局拟合，使用式（1）中定义的半微量截面与总截面之比。
• 分析采用NLO MRST'02部分子分布函数（PDFs），并假设fragmentation functions满足同位旋对称性。
• 采用两种动量空间格式：[x,z]和[Q²,z]，分别进行拟合以评估一致性。
• 使用χ²/DOF统计量评估拟合质量，误差通过统计与系统误差的平方和开方合并。
• 在Q² = 1 GeV²处对FF参数化进行拟合，每个π介子通道包含12个自由参数。
• 通过在实验动量空间下的直接多重性计算，将提取的FFs与DSS和HKNS集合进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 HERMES π介子多重性数据的[x,z]与[Q²,z]格式之间是否一致？
• RQ2 新的HERMES与COMPASS π介子多重性数据是否支持此前广泛使用的DSS fragmentation functions？
• RQ3 能否使用[Q²,z]格式从HERMES与COMPASS数据中提取出一致的π介子fragmentation functions集合？
• RQ4 为何DSS fragmentation functions在HERMES与COMPASS动量空间中系统性地高估多重性？
• RQ5 HERMES中[x,z]与[Q²,z]数据格式之间的差异由何引起？这是否表明数据提取过程中存在问题？

主要发现

• 使用[y,x(Q²),z]格式对COMPASS氘核数据进行拟合，得到极佳的χ²/DOF = 0.73，表明对数据有高质量的描述。
• HERMES数据在[Q²,z]格式下的拟合结果合理，χ²/DOF = 1.15；而[x,z]格式的拟合结果极差（χ²/DOF = 14.54），尤其在第一个z区间和低x区域存在巨大偏差。
• 从HERMES [Q²,z]数据中提取的新π介子FFs与DSS和HKNS集合显著不同，尤其在胶子和反夸克胶子fragmentation functions方面。
• DSS FFs在HERMES与COMPASS数据中系统性地高估多重性，尤其对π⁺，原因是D̄dπ⁺大于Dudπ⁺，违反了同位旋对称性。
• COMPASS与HERMES [Q²,z]数据的一致性优于[x,z]格式，差异主要出现在π⁺的第三z区间，以及π⁻的第二和第三z区间。
• 本研究识别出HERMES两种数据格式之间存在关键不一致，提示[x,z]数据格式在提取或报告过程中可能存在缺陷。