[论文解读] Realistic estimate of valence transversity distributions from inclusive dihadron production

Marco Radici, Aurore Courtoy+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 52被引用 11

一句话总结

本论文利用共线因子化和来自COMPASS与Belle的更新数据，首次实现了对上夸克和下夸克价夸克横向分布函数的最精确提取。通过应用复制法重新分析双强子 fragmentation 函数，并将其与精确的质子和氘核靶半 inclusive 深度非弹性散射数据相结合，该研究为横向分布函数提供了最真实的不确定性估计，揭示了在高 x 区域，价下夸克的横向分布函数强烈受到 Soffer 界限的约束。

ABSTRACT

We present an updated extraction of the transversity parton distribution based on the analysis of pion-pair production in deep-inelastic scattering off transversely polarized targets in collinear factorization. Data for proton and deuteron targets make it possible to perform a flavor separation of the valence components of the transversity distribution, using di-hadron fragmentation functions taken from the semi-inclusive production of two pion pairs in back-to-back jets in e+e- annihilation. The e+e- data from Belle have been reanalyzed using the replica method and a more realistic estimate of the uncertainties on the chiral-odd interference fragmentation function has been obtained. Then, the transversity distribution has been extracted by using the most recent and more precise COMPASS data for deep-inelastic scattering off proton targets. Our results represent the most accurate estimate of the uncertainties on the valence components of the transversity distribution currently available.

研究动机与目标

• 通过采用更真实的误差分析方法，提高价夸克横向分布函数不确定性估计的准确性。
• 利用来自 COMPASS 的质子和氘核靶数据，实现对上夸克和下夸克横向分布函数的味分离提取。
• 使用复制法重新分析 Belle 的 $e^{+}e^{-}$ 安排数据，以更可靠地估计双强子 fragmentation 函数的不确定性。
• 评估理论参数（如 $\alpha_s(M_Z^2)$ 和 $\Lambda_{\text{QCD}}$）对横向分布函数结果的敏感性。
• 评估对张量荷和同位旋矢量耦合的含义，特别是结合新实验数据和未来测量结果。

提出的方法

• 将复制法应用于 Belle 的 $e^{+}e^{-}$ 安排数据，以比传统 Hessian 方法更真实地估计双强子 fragmentation 函数（DiFFs）的不确定性。
• 在共线因子化框架下使用提取的 DiFFs，描述对横向极化质子和氘核靶的双强子半 inclusive 深度非弹性散射（SIDIS）。
• 对 COMPASS 的 $(\pi^+\pi^-)$ 对产生数据生成随机复制样本，并拟合以提取价夸克横向分布函数 $h_1^{u,v}$ 和 $h_1^{d,v}$。
• 在所有参数化情景中强制施加 Soffer 界限，以确保提取分布的物理一致性。
• 对 $\alpha_s(M_Z^2)$ 进行敏感性研究，采用两种不同方案，对最终结果影响极小。
• 对 $x \in [0,1]$ 全区间进行外推，以计算一阶 Mellin 矩（张量荷），不确定性传播通过复制法处理。

实验结果

研究问题

• RQ1 与标准 Hessian 方法相比，如何更真实地估计双强子 fragmentation 函数的不确定性？
• RQ2 更新后的 COMPASS 数据在多大程度上提高了对上夸克和下夸克价夸克横向分布提取的精度？
• RQ3 为何所有复制样本中价下夸克横向分布函数在 $x \gtrsim 0.1$ 处均达到 Soffer 界限？
• RQ4 所提取的横向分布函数与其它机制（如单强子 SIDIS 中的 Collins 效应）的结果相比如何？
• RQ5 理论不确定性（如 $\alpha_s(M_Z^2)$ 和 $\Lambda_{\text{QCD}}$）对最终横向分布函数的影响如何？

主要发现

• 由于 COMPASS 质子数据精度更高，价上夸克横向分布的 68% 置信区间比以往提取结果更窄。
• 在所有复制样本中，无论函数形式或演化参数如何，价下夸克横向分布函数在 $x \gtrsim 0.1$ 区域均趋于饱和 Soffer 界限。
• 该行为主要由 COMPASS 氘核靶数据中两个特定数据区间引起，与早期研究结果一致。
• 提取的横向分布函数与基于 Collins 效应的现有参数化结果具有良好一致性，特别是在 $x \lesssim 0.1$ 区域。
• 截断张量荷（在实验 $x$ 范围内积分）与 Ref. Kang:2014zza 的结果相容，而完全外推的张量荷由于超出数据范围的外推导致不确定性较大。
• 同位旋矢量张量荷 $g_T$ 与格点 QCD 结果相容，但由于需要外推至测量 $x$ 范围之外，不确定性较大。