[论文解读] Threshold resummation in direct photon production and its implications on the large-x gluon PDF

N. Sato|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用 3

一句话总结

该论文提出，在pQCD中以NLL+NLO精度进行阈值重求和，可解决理论预测与固定靶直接光子数据（UA6）之间长期存在的差异，使这些数据能够被纳入全球PDF拟合中。通过CTEQ6m PDF副本的贝叶斯重加权，研究显示直接光子数据显著减小了大-x区域胶子PDF的不确定性，尤其是在x ~ 0.3且Q = 10 GeV处。

ABSTRACT

Currently, the gluon distribution function is mainly constrained by jet data. Yet, its high-x behaviour is largely unknown. This kinematic region is important, for instance, for the understanding of the production of a massive state at forward rapidities at the LHC. In the past, single inclusive direct photon data from fixed target experiments was used to constrain the gluon distribution due to its dominant contribution from the $qg ightarrowγq$ subprocess in proton-proton collisions. Due to disagreement with its theoretical predictions at next-to-leading order (NLO) in perturbative QCD (pQCD), direct photon data have been excluded from global fits. This talk will discuss an improvement to such theoretical predictions by including \emph{threshold resummation} at next-to-leading logarithmic accuracy (NLL) and its impact on gluon distribution at large-x using Bayesian reweighting technique.

研究动机与目标

• 解决高横动量下NLO pQCD理论预测与固定靶直接光子数据（UA6）之间长期存在的不一致问题。
• 评估在NLL+NLO精度下阈值重求和是否能改善质子-质子碰撞中直接光子产生的理论预测。
• 评估单一致性直接光子数据在约束高-x胶子PDF方面的潜力，该部分在全局拟合中仍约束不足。
• 使用贝叶斯重加权框架量化UA6数据对胶子PDF不确定性的影响。
• 判断直接光子数据是否在已有喷注数据信息的基础上，为夸克PDF提供新的信息。

提出的方法

• 通过在中心CTEQ6m胶子PDF周围施加随机波动，生成100个PDF副本，其中不确定性以±偏差形式编码。
• 使用阈值重求和的pQCD框架，计算NLO+NLL精度下的直接光子截面理论预测。
• 通过将预测值与UA6数据对比，采用t₀方法计算每个副本的χ²，尺度设定为pT。
• 为每个副本分配与exp(−½χ²)成比例的贝叶斯权重，并进行归一化，使权重总和为100。
• 使用加权副本计算胶子和上夸克PDF的重加权期望值与方差。
• 通过比较重加权与未加权的PDF不确定性，量化UA6数据带来的信息增益。

实验结果

研究问题

• RQ1 在NLL+NLO精度下进行阈值重求和是否能解决NLO pQCD预测与UA6直接光子数据之间的差异？
• RQ2 固定靶实验的直接光子数据在多大程度上能约束高-x胶子PDF？
• RQ3 在x ~ 0.3且Q = 10 GeV处，包含UA6数据如何影响胶子PDF的不确定性带？
• RQ4 考虑到上夸克PDF已得到良好约束，直接光子数据是否能为其提供新的约束？
• RQ5 对PDF副本进行贝叶斯重加权是否能有效量化新数据对PDF不确定性的影响？

主要发现

• 引入NLL+NLO阈值重求和后，理论预测与UA6直接光子数据高度一致，解决了先前NLO预测的不一致问题。
• 重加权后，Q = 10 GeV处x ~ 0.3区域的胶子PDF不确定性带显著减小，该区域对UA6数据敏感。
• 在x ~ 0.3区域，胶子PDF的重加权方差与未加权方差之比显著下降，表明不确定性明显降低。
• 上夸克PDF在重加权后变化极小，证实UA6数据未为该部分子种类提供新信息。
• 最佳拟合副本（权重最高）与重加权期望值非常接近，表明整个集合内部具有一致性。
• 重加权胶子PDF的期望值与未加权值保持接近，表明中心值在引入数据后保持稳定。