[论文解读] On the role of soft and non-perturbative gluons in collinear parton densities and parton shower event generators

M. Mendizabal, F. Guzmán+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

High-Energy Particle Collisions Research被引用 4

一句话总结

本文表明，非微扰（NP）胶子——通过非微扰的 Sudakov 形因子——对于 NLO DGLAP 演化和含交叉截面计算中奇异项的正确抵消至关重要。利用部分子分支（PB）方法，作者表明 NP-胶子显著影响初态辐射和 Drell-Yan 横动量谱等含交叉截面可观测量，但在使用 Lund 弦等强子化模型时，对末态强子谱的影响极小。

ABSTRACT

The role of soft (non-perturbative) gluons in collinear parton densities is investigated with the Parton Branching method as a solution to the DGLAP evolution equations. It is found that soft gluons contribute significantly to collinear parton densities. Within the Parton Branching frame, the Sudakov form factor can be split into a perturbative and non-perturbative part. The non-perturbative part can be calculated analytically under certain conditions. It is shown that the inclusion of soft (non - perturbative) gluons to the parton density evolution is essential for the proper cancellation of divergent terms. It is argued that the non-perturbative part of the Sudakov form factor has its correspondence in Transverse Momentum Dependent parton distributions. Within the Parton Branching approach, this non-perturbative Sudakov form factor is constrained by fits of inclusive, collinear parton densities.

研究动机与目标

• 建立在共线部分子密度演化中包含软胶子和非微扰胶子的必要性，以确保 NLO 计算中奇异项的正确抵消。
• 证明受含交叉截面数据拟合约束的非微扰 Sudakov 形因子，对于一致的 TMD 部分子分布和含交叉截面至关重要。
• 研究 NP-胶子对初态部分子辐射及其对末态强子和喷注谱的影响。
• 挑战先前工作中认为 NP-胶子在蒙特卡罗事件生成器中无关紧要的论断，表明其包含对于与 NLO DGLAP 一致至关重要。
• 确立 PB 方法结合 NP-胶子可产生与质心系能量无关的内在-kT 分布，而标准生成器如 PYTHIA8 或 HERWIG 则不然。

提出的方法

• 使用部分子分支（PB）方法迭代求解 DGLAP 演化方程，显式追踪每个分支顶点及其发射部分子的横动量。
• Sudakov 形因子被分解为微扰和非微扰两部分；非微扰部分可解析计算，并通过拟合含交叉截面共线部分子密度（如 HERA-PDF2.0NLO）进行约束。
• 当规范标度设为演化标度且 zM →1 时，PB 方法可精确重现 NLO 下的 DGLAP 演化。
• 非微扰 Sudakov 形因子通过动量加权公式和正则化方法（plus-prescription）从 DGLAP 分裂函数导出，使用截断 ϵ 来正则化 1/(1−z) 奇异性。
• 该方法被应用于正向（标准）和反向（初态辐射）演化，比较其对含交叉截面分布和末态谱的影响。
• PB TMD 部分子辐射在 CASCADE3 中实现，确保在演化和部分子辐射阶段均一致处理 NP-胶子，且无需引入自由参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何在 NLO DGLAP 计算中必须包含软胶子和非微扰胶子，以实现奇异项的抵消？
• RQ2 非微扰 Sudakov 形因子如何影响横动量依赖（TMD）部分子分布和含交叉截面？
• RQ3 NP-胶子对初态部分子辐射及其导致的末态强子和喷注谱有何影响？
• RQ4 为何标准蒙特卡罗生成器如 PYTHIA8 或 HERWIG 产生的内在-kT 分布依赖于 √s，而 PB 方法则不然？
• RQ5 PB 方法结合 NP-胶子是否可在不引入新部分子密度或系数函数的前提下，与 NLO DGLAP 计算一致匹配？

主要发现

• 非微扰 Sudakov 形因子对于 NLO 截面计算中奇异项的抵消至关重要；忽略 NP-胶子将导致非物理发散。
• NP-胶子显著影响含交叉截面可观测量，如 Drell-Yan 横动量谱，尤其在初态辐射中。
• 当使用标准强子化模型（如 Lund 弦）时，末态强子谱和喷注基本不受 NP-胶子影响，因为这些模型可吸收软胶子。
• PB 方法结合 NP-胶子产生的内在-kT 分布与质心系能量 √s 无关，而 PYTHIA8 和 HERWIG 中则随 √s 变化。
• PB 方法结合 PB-NLO-2018 Set1 在共线层次上精确重现 HERA-PDF2.0NLO，并为共线和 TMD 分布提供了统一框架。
• PB 方法是目前唯一在演化和部分子辐射阶段均一致处理 NP-胶子的方法，可直接使用标准 NLO 部分子密度和系数函数。