[论文解读] Inclusive D-Meson Production at the LHC

H. Spiesberger|arXiv (Cornell University)|May 31, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本论文利用通用质量变味数方案（GM-VFNS）在next-to-leading-order（NLO）精度下，对LHC上D介子的产生进行预测，并与√s = 7 TeV时ALICE实验的数据进行比较。结果表明，合理选择GM-VFNS中的尺度参数可准确描述低横动量（pT）区域的数据；而大快度区域的测量可对质子中内在底夸克模型施加约束，某些内在底夸克参数化形式预测了显著增强效应。

ABSTRACT

I present predictions for the inclusive production of D mesons at the CERN LHC in the general-mass variable-flavor-number scheme at next-to-leading order. Numerical results are compared to data where available, and uncertainties due to scale variations, parton distribution functions and charm mass are discussed. I point out that measurements at large rapidity have the potential to pin down models of intrinsic charm.

研究动机与目标

• 基于GM-VFNS框架，为LHC上D介子的产生提供精确的next-to-leading-order预测。
• 将理论预测与ALICE实验在横动量和快度分布上的可用数据进行比较。
• 评估来自尺度变化、部分子分布函数（PDFs）以及底夸克质量的理论不确定性。
• 评估大快度D介子测量在约束质子中内在底夸克模型方面的潜力。

提出的方法

• 在next-to-leading-order下采用通用质量变味数方案（GM-VFNS），通过PDF和 fragmentation functions（FFs）的DGLAP演化实现对大对数项的重求和。
• 在GM-VFNS计算中使用CTEQ6.6 PDF和参考文献[10]中的FF，通过ξi参数的尺度变化来估计理论不确定性。
• 将GM-VFNS预测与固定味数方案（FFNS）结果进行比较，尤其关注低pT区域，此时FFNS表现更优。
• 采用不同的PDF集合（CT10、MSTW08-NLO、NNPDF 2.1、HERAPDF 1.5）以评估PDF相关不确定性对截面预测的影响。
• 引入来自CTEQ6.6的内在底夸克模型，包括BHPS模型和高强海型底夸克组分，以估算D介子产生中快度相关的增强效应。
• 将所有截面归一化至ξi = 1时的GM-VFNS预测，并通过调节尺度参数，系统研究低pT区域重夸克贡献的可控衰减。

实验结果

研究问题

• RQ1 GM-VFNS预测在多大程度上能准确描述ALICE实验在√s = 7 TeV下D0介子横动量分布的数据？
• RQ2 尺度变化和PDF不确定性在多大程度上影响D介子产生的理论预测？
• RQ3 在低pT区域，GM-VFNS中因子化与重整化尺度参数的选择是否能改善与实验数据的符合度，从而超越传统上更优的FFNS方案？
• RQ4 D介子在大快度区域的产生对质子中内在底夸克模型的敏感性如何？
• RQ5 不同PDF集合和底夸克质量如何影响预测截面，特别是在低pT区域？

主要发现

• 当ξi = 1时，GM-VFNS预测在pT < 5 GeV区域高估了实验数据，而FFNS在此区域表现更优，表明在低pT区域GM-VFNS需要进行尺度调优。
• 通过优化尺度参数（如ξI = ξF = 0.8，ξR = 1），GM-VFNS预测可在整个pT范围内与ALICE数据保持一致，包括低pT区域。
• GM-VFNS的尺度不确定性小于FFNS，支持其在高pT区域的应用，此时大对数项已被重求和。
• 不同PDF集合（CT10、MSTW08-NLO、NNPDF 2.1、HERAPDF 1.5）在实验不确定度范围内给出一致的预测，未显示出对任一集合的明显偏好。
• 在低pT区域，底夸克质量mc的残余依赖性依然存在，这是由于PDF和FF拟合中mc取值不一致所致；本工作采用mc = 1.5 GeV，而部分PDF集合中为1.3–1.4 GeV。
• 内在底夸克模型（BHPS与高强海型）的理论预测在大快度区域表现出显著的D介子产生增强，且BHPS模型中增强效应随pT增加而增强，表明LHCb实验数据可对这些模型施加约束。