[论文解读] Phenomenology of the hadronic structure at small-$x$

Francesco Giovanni Celiberto|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

本文利用两种互补的框架研究了质子在小-$x$区域的结构：由CSS方程控制的横动量依赖（TMD）胶子分布，以及BFKL形式体系中的非积分胶子分布（UGD）。研究结果表明，独家$ $\rho$-介子产生过程中的自旋比${\cal T}_{11}/{\cal T}_{00}$可作为区分不同BFKL UGD模型的判别器，未来电子-离子对撞机（EIC）的数据有望解决模型间的差异，推动对小-$x$区域质子的断层成像研究。

ABSTRACT

We present exploratory studies of the proton structure via two distinct kinds of gluon densities: the transverse-momentum dependent functions, whose evolution is determined by the CSS equation, and the unintegrated gluon distribution, whose definition is given in the BFKL formalism. Our analyses are relevant for the exploration of the intrinsic motion of gluons inside protons in the small-$x$ regime, and for a comprehensive tomographic imaging of the proton at new-generation colliding facilities.

研究动机与目标

• 利用先进的部分子分布框架，理解内在胶子运动在小-$x$区域的作用。
• 通过BFKL动力学将TMD因子化与高能重求和联系起来，实现对质子的综合断层成像。
• 评估独家$\rho$-介子产生作为探针，区分基于BFKL的多个UGD模型的可行性。
• 通过识别对小-$x$胶子动力学敏感的关键可观测量，为未来EIC、HL-LHC和NICA的数据做好准备。
• 为利用即将到来的高精度对撞机数据进行小-$x$改进胶子分布的全局拟合奠定基础。

提出的方法

• 利用CSS方程演化横动量依赖（TMD）胶子分布，包含所有阶次的$\ln(1/x)$项重求和。
• 应用BFKL形式体系建模非积分胶子分布（UGD），包括对数领先阶（LL$x$）和下一阶对数（NLL$x$）重求和。
• 使用包含影响量和BFKL UGD的高能因子化公式，计算电子-质子散射中独家$\rho$-介子产生的振幅。
• 将七种不同UGD模型在HERA数据和EIC预测下对自旋比${\cal T}_{11}/{\cal T}_{00}$的预测进行比较。
• 通过改变共线分布振幅中的非微扰参数$a_2$，评估振幅演化对可观测量的影响。
• 使用JETHAD接口的LExA超级模块计算并分析独家过程的自旋振幅。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过CSS演化改进的TMD胶子分布如何促进对小-$x$区域质子的断层成像理解？
• RQ2 独家$\rho$-介子产生振幅对基于BFKL的UGD不同现象学模型的敏感性如何？
• RQ3 在小-$x$区域，自旋比${\cal T}_{11}/{\cal T}_{00}$能否作为区分竞争性UGD模型的判别器？
• RQ4 从HERA到未来EIC能量，自旋比的模型预测如何演变？这对模型区分意味着什么？
• RQ5 分布振幅中非微扰参数$a_2$的变化在多大程度上影响自旋比的预测？

主要发现

• 自旋比${\cal T}_{11}/{\cal T}_{00}$在$Q^2$范围内表现出显著的模型依赖性，表明其作为基于BFKL的UGD模型判别器的潜力。
• 在全部$Q^2$范围内，七种UGD模型中无一完全符合HERA数据，但ABIPSW、IN和GBW模型在中等$Q^2$区域表现更优。
• 在EIC能量（$W = 30$ GeV）下，模型预测的离散度减小，且在某些$Q^2$区域出现层级反转，增强了模型区分的潜力。
• 未来EIC数据有望减小自旋比的不确定性，实现对小-$x$胶子结构更精确的提取。
• 通过$a_2$变化引入的共线演化影响导致预测出现可测量的偏移，凸显在现象学分析中包含振幅演化的重要性。