[论文解读] The small kt-region in Drell-Yan production at next-to-leading order with the Parton Branching Method

I. Bubanja, A. Bermúdez Martínez+11 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 47被引用 3

一句话总结

本文采用部分子分支（PB）方法对Drell-Yan产生过程进行了下一阶修正（NLO）分析，研究小横动量（kT）区域，其中部分子的内在横动量与软胶子重求和效应均至关重要。基于√s = 13 TeV的LHC数据，在50–1000 GeV的Drell-Yan质量范围内，提取出内在-kT参数为qs = 1.04 ± 0.08 GeV，其值在质心系能量和Drell-Yan质量上均无显著依赖性，与标准蒙特卡罗生成器结果形成鲜明对比。

ABSTRACT

The Parton Branching (PB) method describes the evolution of transverse momentum dependent (TMD) parton distributions, covering all kinematic regions from small to large transverse momenta kT. The small kT-region is very sensitive both to the contribution of the intrinsic motion of partons (intrinsic kT) and to the resummation of soft gluons taken into account by the PB TMD evolution equations. We study the role of soft-gluon emissions in TMD as well as integrated parton distributions. We perform a detailed investigation of the PB TMD methodology at next-to-leading order (NLO) in Drell-Yan (DY) production for low transverse momenta. We present the extraction of the nonperturbative 'intrinsic-kT' distribution from recent measurements of DY transverse momentum distributions at the LHC across a wide range in DY masses, including a detailed treatment of statistical, correlated and uncorrelated uncertainties. We comment on the (in)dependence of intrinsic transverse momentum on DY mass and center-of-mass energy, and on the comparison with other approaches.

研究动机与目标

• 研究Drell-Yan产生过程中小kT区域，其中软胶子辐射与部分子内在横动量相互作用。
• 从√s = 13 TeV的LHC测量数据中提取宽范围Drell-Yan质量下的非微扰内在-kT分布。
• 评估内在-kT对质心系能量与Drell-Yan质量的依赖性，并与调校后的蒙特卡罗生成器进行对比。
• 将理论尺度不确定性的相关性纳入质量区间内处理，并包含实验不确定性的完整协方差矩阵。
• 证明PB-TMD框架在不依赖外部PDF集合的前提下，能够同时拟合共线分布与TMD分布。

提出的方法

• 在动量空间中应用部分子分支（PB）方法，以描述所有kT尺度下的TMD演化，同时包含微扰与非微扰效应。
• 采用PB-NLO-2018 Set2框架，对qT > 1 GeV的每一切向发射，以该发射的横动量为强耦合常数的尺度；对更软的发射，则采用半硬尺度q0 = 1 GeV。
• 通过在区域z ∈ [zdyn, zM] 内引入‘预束缚’尺度方案，对非微扰Sudakov形式因子进行建模，以捕捉红外动力学行为。
• 将内在-kT分布建模为高斯分布，其宽度参数为qs，通过拟合Drell-Yan微分截面的低-pT区域进行确定。
• 通过在qs值上进行扫描，结合MADGRAPH5_AMC@NLO与PB-TMD分布，χ²计算中包含完整的实验协方差矩阵。
• 系统性不确定性的处理方式为：在每个mDY区间内采用相关分量，尺度不确定性假设在区间内完全相关，区间间不相关。

实验结果

研究问题

• RQ1 在小kT区域，内在-kT参数如何随Drell-Yan质量与质心系能量变化？
• RQ2 软胶子重求和与非微扰Sudakov效应在提取内在-kT宽度时的影响程度如何？
• RQ3 与标准蒙特卡罗事件生成器相比，PB-TMD框架在能量与质量范围内对内在-kT稳定性的表现如何？
• RQ4 采用完整协方差矩阵处理实验不确定性并考虑相关尺度不确定性的方法，对提取的qs值有何影响？
• RQ5 PB-TMD方法是否能在不依赖外部PDF拟合的前提下，同时描述共线分布与TMD分布？

主要发现

• 从√s = 13 TeV的LHC Drell-Yan数据中，提取出内在-kT参数为qs = 1.04 ± 0.08 GeV，覆盖Drell-Yan质量从50 GeV到1 TeV的范围。
• 提取的qs值与质子中费米运动的预期一致，且在质心系能量与Drell-Yan质量上均无显著依赖性。
• qs在不同质量与能量下的稳定性与调校后的蒙特卡罗生成器形成鲜明对比，后者需随√s与mDY增加内在-kT宽度。
• 通过预束缚尺度方案建模的非微扰Sudakov形式因子，在稳定内在-kT提取过程中起关键作用。
• PB-TMD框架成功恢复了包含DGLAP极限，并可在不依赖外部PDF集合的前提下，同时拟合共线分布与TMD分布。
• 采用完整协方差矩阵处理实验不确定性并考虑相关尺度不确定性的方法，使内在-kT参数的提取结果更加稳健且精确。