[论文解读] Transverse momentum resummation at small x for the Tevatron and LHC

Stefan Berge, Pavel Nadolsky+2 more|CERN Bulletin|Oct 27, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文研究了在费米实验室和大型强子对撞机（LHC）的Drell-Yan型过程中小x区域的横向动量（qT）重求和，提出在影响参数空间中，小x部分子密度展宽会改变qT分布。研究显示，这种展宽可能导致在费米实验室的中央区域使W玻色子质量偏移10–20 MeV，在前向区域超过50 MeV；在LHC上则导致qT谱明显变硬，挑战现有预测，并要求对W玻色子和希格斯玻色子测量结果进行重新分析。

ABSTRACT

Analysis of semi-inclusive DIS hadroproduction suggests broadening of transverse momentum distributions at $x$ below a few $10^{-3}$, which can be modeled in the Collins-Soper-Sterman formalism by a modification of impact-parameter-dependent parton densities. We discuss the consequences of such a modification for the production of electroweak bosons at hadron-hadron colliders. If substantial small-$x$ broadening is observed in forward Z boson production in the Tevatron Run-2, it will strongly affect predicted transverse momentum distributions for W, Z, and Higgs boson production at the Large Hadron Collider.

研究动机与目标

• 评估小x部分子密度展宽对强子对撞机中电弱玻色子产生过程中横向动量（qT）分布的影响。
• 评估通过修正的影响参数依赖部分子密度建模的小x展宽效应，如何影响柯林斯-索珀-斯特尔曼（Collins-Soper-Sterman）形式体系中的qT重求和。
• 量化利用横向动量和横向质量方法在费米实验室和LHC上测量W和Z玻色子质量时的潜在影响。
• 考察在费米实验室Run-2中观测前向Z玻色子产生过程中qT展宽的可行性及其对LHC物理的启示。
• 评估当前LHC对希格斯玻色子和W/Z玻色子信号的分析策略是否需要因信号与背景过程中的非均匀qT展宽而进行修订。

提出的方法

• 将柯林斯-索珀-斯特尔曼（CSS）形式体系扩展，以包含影响参数（b）空间中x依赖的修正部分子密度，从而建模小x展宽效应。
• 以Drell-Yan过程为框架研究qT分布，整合qT/Q和1/x中的大对数重求和。
• 应用奇法利尼-卡塔尼-菲拉尼-马尔凯西尼（CCFM）方程，在小x、低qT区域同时重求和qT和1/x的对数项。
• 评估费米实验室（CDF、DØ）和LHC（ATLAS、CMS、TOTEM）的探测器接受度与动量覆盖范围，以确定在前向区域观测qT展宽的可行性。
• 通过数值模拟估算由于qT展宽导致的W玻色子质量测量偏移，使用pTe方法和横向质量重建技术。
• 将qg/gq和gg散射过程的qT谱与主导的q q̄湮灭过程进行比较，显示在小x区域qT显著增强。

实验结果

研究问题

• RQ1 在影响参数空间中，小x部分子密度展宽如何影响费米实验室和LHC上W和Z玻色子的横向动量分布？
• RQ2 在小x区域，qT展宽在通过横向动量或横向质量方法测量时，对预测的W玻色子质量影响有多大？
• RQ3 在费米实验室的前向Z玻色子产生中，能否利用当前探测器接受度观测到qT展宽？其对LHC物理有何启示？
• RQ4 在小x区域，包含qg和gg散射贡献与标准q q̄湮灭相比，如何改变qT谱？
• RQ5 为应对信号与背景过程中qT展宽的非均匀性，LHC对W玻色子和希格斯玻色子测量的分析策略需要做出哪些修订？

主要发现

• 在影响参数空间中的小x展宽，可能导致在费米实验室中央区域（|ye| < 1）通过pTe方法测量的W玻色子质量偏移10–20 MeV。
• 在前向区域（|ye| > 1），由于qT展宽导致的W玻色子质量偏移可能超过50 MeV，显著超出标准理论不确定度。
• 在LHC上，由于小x展宽，W玻色子的预测qT分布明显变硬，可能超过其他理论不确定度。
• qT展宽的影响在前向区域更显著，且取决于玻色子类型和电荷，对信号和背景过程的影响不同。
• 在希格斯玻色子γγ衰变道中，可能需要重新考虑选择性截断，以应对信号与背景分布中qT展宽的非均匀性。
• CDF探测器由于缺乏前向追踪能力，对识别前向Z玻色子的能力有限，但若统计量足够，包含一个中央电子和一个前向电子的样本仍可揭示小x展宽效应。