[论文解读] Phenomenology of unpolarized TMDs from Semi-Inclusive DIS data

Andrea Signori, Alessandro Bacchetta+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用 1

一句话总结

本论文基于HERMES实验的半包容深度非弹性散射（SIDIS）数据，对未极化的奇异夸克分布与碎片化函数中的味依赖横动量分布（TMDs）进行了现象学分析。通过采用味依赖的高斯形式建模TMD部分子分布与碎片化函数，并与数据拟合，研究发现TMD碎片化函数中存在强烈的味依赖性证据——特别是非首选与u→K+过程的分布更宽；而TMD部分子分布则显示出较弱、不甚明确的味依赖性迹象。

ABSTRACT

We discuss the dependence on the flavor of the intrinsic transverse momentum in unpolarized transverse-momentum-dependent distribution functions (TMD PDFs) and fragmentation functions (TMD FFs) analyzing data of semi-inclusive deep-inelastic scattering (SIDIS) released by the HERMES collaboration. Adopting a flavor-dependent Gaussian model in the transverse momentum and neglecting QCD evolution, we find interesting evidences concerning the flavor dependence in TMD FFs, whereas the indications are weaker in TMD PDFs and deserve further investigations. Inclusions of new data sets of SIDIS, electron-positron annihilations and and Drell-Yan (DY) events require a proper treatment of QCD evolution. We try to get constraints on the non-perturbative Sudakov factor from electron-positron annihilations into hadrons.

研究动机与目标

• 利用SIDIS数据研究未极化TMD部分子分布与碎片化函数中内在横动量的味依赖性。
• 检验不同夸克味（上、下、海夸克）与碎片化类型（首选、非首选、奇异）是否表现出不同的横动量展宽。
• 评估在无QCD演化效应下，味依赖高斯模型对TMD的适用性。
• 利用e+e−湮灭数据约束非微扰Sudakov因子，为未来全局拟合提供支持。
• 通过引入QCD演化，为跨多种过程（SIDIS、Drell-Yan、e+e−）的TMD一致全局拟合奠定基础。

提出的方法

• 采用味依赖的高斯假设来建模TMD PDF与TMD FF，其横动量方差依赖于味与纵向动量分数（x或z）。
• 使用低横动量SIDIS的主导-twist因子化公式，将微分截面表示为TMD PDF与TMD FF的卷积。
• 采用蒙特卡洛副本方法估算不确定性，将模型拟合至质子与氘核靶的HERMES SIDIS数据（末态包含π介子与K介子）。
• 引入味特异性参数以表征横动量宽度：PDF的⟨k²⊥,a⟩与FF的⟨P²⊥,a→h⟩，其函数形式依赖于x与z。
• 与味无关的高斯拟合结果进行比较，以评估味依赖性的统计显著性。
• 将框架扩展至利用e+e−湮灭数据约束非微扰演化，旨在为未来QCD演化全局拟合提供依据。

实验结果

研究问题

• RQ1 TMD碎片化函数中的内在横动量是否表现出味依赖性？若存在，其在首选、非首选与奇异夸克碎片化中如何变化？
• RQ2 TMD部分子分布的横动量是否表现出可测量的味依赖性，特别是价夸克与海夸克之间？
• RQ3 TMD FF中u→K+及其他过程的宽度与首选碎片化相比如何？这对非微扰动力学有何启示？
• RQ4 在68%置信水平下，能否将TMD FF中观测到的味依赖性与味无关模型区分开来？
• RQ5 利用e+e−湮灭数据，可对非微扰Sudakov因子施加何种约束，以支持未来全局TMD拟合？

主要发现

• 分析发现TMD碎片化函数中存在强有力的味依赖性证据，其中⟨P²⊥,unf⟩与⟨P²⊥,uK⟩分别比⟨P²⊥,fav⟩约大20%，且所有点均位于味无关模型的68%置信区间之外。
• 对于TMD PDF，数据表明⟨k²⊥,dv⟩ < ⟨k²⊥,uv⟩ < ⟨k²⊥,sea⟩，但证据较弱，且味无关配置仍处于68%置信区间内。
• ⟨k²⊥,uv⟩的68%置信区间为0.36±0.14 GeV²，⟨k²⊥,dv⟩为0.30±0.17 GeV²，⟨k²⊥,sea⟩为0.41±0.16 GeV²，表明从价上夸克到海夸克，横动量随味而增加。
• 对于TMD FF，⟨P²⊥,fav⟩的68%置信区间为0.15±0.04 GeV²，⟨P²⊥,unf⟩为0.19±0.04 GeV²，⟨P²⊥,uK⟩与⟨P²⊥,sK⟩均为0.18±0.05 GeV²。
• 结果显示出TMD PDF与TMD FF横动量宽度之间强烈的负相关性，这与多重性公式中的卷积结构预期一致。
• 本研究指出，需引入QCD演化，并结合e+e−湮灭与Drell-Yan过程的数据，以在全局拟合框架中进一步约束TMD的非微扰成分。