[论文解读] Nuclear Effects in the Deuteron and Global PDF Fits

S. Alekhin, S. Kulagin+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 26, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 4

一句话总结

本文通过全球拟合深度非弹性散射和对撞机数据，确定了氘核中的核修正，重点研究部分子分布函数（PDFs）的非壳修正。结果证实了所有核素中非壳函数 δf 的普遍性，氘核与重核数据结果一致，显著降低了大 Bjorken-x 区域 d-夸克分布的不确定性。

ABSTRACT

We present a detailed study of nuclear corrections in the deuteron (D) from an analysis of data from charged-lepton deep-inelastic scattering (DIS) off proton and D, as well as from dimuon pair production in pp and pD collisions and $W^\pm$ and the $Z$ boson production at pp (p$ m \bar p$) colliders. In particular, we discuss the determination of the off-shell function describing the modification of parton distributions (PDF) in bound nucleons in the context of global PDF fits. Our results are consistent with the ones obtained earlier from the study of the ratios of DIS structure functions $F_2^A/F_2^D$ in nuclei with $A\geq4$, confirming the universality of the off-shell function. We also discuss the sensitivity to various models of the deuteron wave function and the impact of nuclear corrections on the determination of the $d$ quark distribution.

研究动机与目标

• 通过质子和氘核的深度非弹性散射（DIS）、μ子对产生以及 pp 和 pD 碰撞中的 W/Z 玻色子产生数据，对质子和氘核的全球拟合，以确定氘核中的核修正。
• 评估氘核波函数模型对部分子分布函数中非壳函数 δf 提取的影响。
• 通过比较氘核与重核（A ≥ 4）数据的结果，验证非壳函数 δf 的普遍性。
• 通过引入精确的氘核数据和改进的核效应建模，减少大 Bjorken-x 区域 d-夸克分布的系统不确定性。
• 通过在分析框架中引入靶质量修正和高阶扭曲项，解决先前研究中的不一致之处。

提出的方法

• 采用全局拟合框架，结合质子和氘核靶的 DIS 数据、μ子对产生数据，以及 pp 和 pD 碰撞中的 W±/Z 玻色子产生数据。
• 将氘核结构函数 F₂^D 建模为氘核波函数 Ψ_D(p) 与束缚核子结构函数 F₂^N(x′, Q², p²) 的卷积，包含靶质量修正。
• 引入非壳函数 δf(x, Q²) 以描述核介质中核子 PDF 的修正，其由 F₂^LT 对 p² 的对数导数推导得出。
• 通过在主导阶项中以 p² 替代 M² 的方式，引入现象学的高阶扭曲修正 H₂(x)/Q²，并包含靶质量修正。
• 比较多种氘核波函数模型（Paris、Bonn、AV18、WJC-1、WJC-2）的结果，以量化模型依赖性。
• 通过与重核（A ≥ 4）中独立提取的 δf 结果对比，验证非壳函数 δf 的一致性与普遍性。

实验结果

研究问题

• RQ1 氘核中的核修正如何影响大 Bjorken-x 区域中中子结构函数和 d-夸克 PDF 的提取？
• RQ2 非壳函数 δf 在包括氘核和重核在内的不同核素中具有多大程度的普遍性？
• RQ3 不同氘核波函数模型如何影响 δf 及 F₂^D/F₂^N 比值的确定？
• RQ4 在非壳函数和 PDF 提取中引入靶质量修正和高阶扭曲项会产生何种影响？
• RQ5 氘核数据归一化（如 BCDMS）带来的系统不确定性对 δf 和 d-夸克分布最终确定的影响如何？

主要发现

• 从全局 PDF 拟合中提取的非壳函数 δf 与重核（A ≥ 4）中通过 F₂^A/F₂^B 比值更精确确定的结果一致，证实了其普遍性。
• 在 F₂^D/F₂^N 比值中，氘核波函数模型引起的 δf 不确定性显著降低，表明该比值对模型依赖性具有鲁棒性。
• BCMS 氘核数据的归一化引入了 δf 和 F₂^D/F₂^N 比值的显著系统不确定性，该不确定性已量化并包含在不确定带中。
• 在非壳函数 δf 中引入靶质量修正，在大 x 区域带来了显著修正，而这些修正在以往类似研究中被忽略。
• 普遍的非壳函数 δf 暗示在假设平均虚动量 v̄ = -0.045 的前提下，氘核中核子核心半径有效增加了 2%。
• 通过考虑靶质量修正和高阶扭曲项，本研究解决了与先前研究的不一致之处，而这些因素在早期分析中被遗漏。