[论文解读] Perturbative and Nonperturbative Effects in Transverse Momentum Generation

Erik Thomé|ArXiv.org|Jan 16, 2004

Scientific Research and Discoveries参考文献 4被引用 7

一句话总结

本研究通过将Pythia中的微扰部分子喷注与一种新的$p_\perp^2$有序喷注算法进行比较，探讨了Z⁰和H⁰玻色子产生中横向动量的起源。研究发现，提高$\Lambda_{\mathrm{QCD}}$可弥补标准喷注中分支不足的问题，从而改善与Tevatron Z⁰数据的一致性；而新算法则增强了对$\Lambda_{\mathrm{QCD}}$的敏感性，减少了对非物理上过大的初始$k_\perp$值的依赖。

ABSTRACT

The transverse momentum of a colour-singlet massive particle in a hadronic collision is built up by two components, the perturbative effect of parton branchings and the nonperturbative effect of primordial kT. In previous studies of transverse momentum spectra for Z0 production at the Tevatron, the best fit to the experimental data are given when the primordial kT is set to a much higher value than what is expected considering the confinement of partons in the proton. We here investigate the possibility that the reason for this is that too few branchings are generated in showers, compared to the evolution used in the tuning of parton densities. This could then be compensated by increasing the value of Lambda_QCD. The study is done using the regular Pythia showering routines and a new algorithm where the branchings are ordered in transverse momentum pT^2 instead of virtuality Q^2.

研究动机与目标

• 解决实验测得的Z⁰横向动量谱与蒙特卡罗模拟之间的差异，后者需要非物理上过大的初始$k_\perp$值。
• 探究标准Pythia喷注中分支不足是否导致对大初始$k_\perp$值的需求。
• 检验将喷注演化顺序从$Q^2$改为$p_\perp^2$是否能在不依赖大$k_\perp$值的情况下改善$p_\perp$谱的描述。
• 评估末态喷注和$\Lambda_{\mathrm{QCD}}$调参对Z⁰和H⁰产生中$p_\perp$谱的影响。
• 探索在新的$p_\perp^2$有序喷注框架中包含重夸克的可行性。

提出的方法

• 使用标准Pythia喷注程序，采用$Q^2$有序方法模拟部分子喷注和横向动量谱。
• 开发一种新喷注算法，将分支顺序从虚度$Q^2$改为$p_\perp^2$，从而实现对色 singlet 系统的相干演化。
• 在不同$\Lambda_{\mathrm{QCD}}$和初始$k_\perp$值下，比较Tevatron中Z⁰产生和LHC中H⁰产生的$p_\perp$谱。
• 在Pythia框架中关闭末态喷注，以评估其对$p_\perp$谱的影响。
• 使用$\chi^2$最小化方法对实验数据进行拟合，以确定最优的$\Lambda_{\mathrm{QCD}}$和$k_\perp$参数。
• 通过修改相空间积分和分裂函数，分析$c$夸克初态过程中的质量修正效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何蒙特卡罗模拟在Tevatron中拟合Z⁰横向动量谱时需要远大于预期的初始$k_\perp$值？
• RQ2 Pythia中对Leading-log DGLAP演化进行的修正在多大程度上影响了生成的$p_\perp$谱？
• RQ3 将部分子喷注的顺序从$Q^2$改为$p_\perp^2$如何改善$p_\perp$谱的描述并降低对大初始$k_\perp$值的依赖？
• RQ4 末态喷注对最终态矢量玻色子的$p_\perp$谱有何影响？
• RQ5 新的$p_\perp^2$有序喷注算法是否能减少对大初始$k_\perp$值的需求，同时保持与数据的良好一致性？

主要发现

• 将$\Lambda_{\mathrm{QCD}}$从默认值提高，可补偿标准Pythia喷注中分支不足的问题，从而改善$p_\perp$谱的拟合效果。
• 对于Tevatron中的Z⁰产生，标准$Q^2$有序喷注对$\Lambda_{\mathrm{QCD}}$变化的敏感度有限，这是由于多次分支产生的横向冲量相互抵消所致。
• 在Pythia中关闭末态喷注可显著改善与Tevatron Z⁰数据的拟合，表明这些喷注会扭曲$p_\perp$谱。
• 新的$p_\perp^2$有序喷注算法增强了对$\Lambda_{\mathrm{QCD}}$的敏感性，使得使用较低的$k_\perp$值即可获得与数据更好的一致性。
• 当$k_\perp = 2$ GeV、$\Lambda_{\mathrm{QCD}} = 0.19$ GeV，或$k_\perp = 1.4$ GeV、$\Lambda_{\mathrm{QCD}} = 0.2$ GeV时，可获得对Z⁰数据的良好拟合；而当$k_\perp = 0.6$ GeV、$\Lambda_{\mathrm{QCD}} = 0.22$ GeV时，拟合略差。
• 大初始$k_\perp$的问题虽未完全解决，但在新的$p_\perp^2$有序框架中已显著减轻，表明物理一致性得到改善。