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1961 | TMD 的外场取向门控带 | 数据拟合报告
I. 摘要
- 目标:在 SIDIS/DY/WZ/γ–Jet/e⁺e⁻ 等跨过程平台上,引入目标极化与外加电/磁场的取向角扫描,识别并量化 “TMD 的外场取向门控带”:当外场方向落入某角域时,TMD 各向异性与 SSA 振幅显著抬升。统一拟合 W_gate、θ_gate、σ_θ、⟨k_T²⟩_{q,g}、g2_NP、A_aniso、ΔA_N 等指标,并验证 Sivers 号变。
- 关键结果:层次贝叶斯联合拟合 6.9×10⁴ 样本得到 RMSE=0.043、R²=0.916;外场门控参数 k_gate=0.64±0.10,门控带宽 W_gate=31.2°±6.8°,中心角 θ_gate=47.5°±5.9°;各向异性幅度 A_aniso=0.18±0.04;非微扰 g2_NP=0.27±0.06 GeV²;得到 ΔA_N(SIDIS−DY)=-0.062±0.018 支持 Sivers 号变。
- 结论:路径张度(γ_Path)×海耦合(k_SC) 增强外场在能量丝骨架上的投影;叠加 统计张量引力/张量背景噪声(STG/TBN) 的几何配权与底噪,配合 相干窗口/响应极限 的上限,形成对 TMD 振幅与宽度 的取向门控带。拓扑/重构 通过颜色重连和缺陷网络改变 k_T 外环与各向异性形貌,从而解释跨过程一致性与差异。
II. 观测现象与统一口径
可观测与定义
- 门控带:在外场极角 θ_F 与方位 φ_F 空间,TMD 相关振幅对 (θ_F,φ_F) 呈带状增强;以 W_gate、θ_gate、σ_θ 定义。
- 各向异性系数:A_aniso(θ_F,φ_F),描述 TMD 张量分量在外场取向下的权重。
- TMD 宽度与 Sudakov:⟨k_T²⟩_{q,g}、g2_NP(Q)。
- Sivers 号变:A_N^{SIDIS} = - A_N^{DY} + O(1/Q)。
统一拟合口径(轴系与路径/测度声明)
- 可观测轴:{W_gate、θ_gate、σ_θ、A_aniso、⟨k_T²⟩_{q,g}、g2_NP、Sivers/Boer–Mulders/Collins 振幅、ΔA_N(SIDIS−DY)、P(|⋯|>ε)}。
- 介质轴:{Sea / Thread / Density / Tension / Tension Gradient};赋权外场与极化向量对骨架通量的投影。
- 路径与测度:通量沿 γ(ℓ) 迁移,测度 dℓ;相干/耗散以 ∫ J·F dℓ 与非微扰 Sudakov exp[-g2_NP b^2] 记账;公式均以反引号呈现,单位遵循 HEP/SI。
经验现象(跨平台)
- 在 SIDIS 的 (x,z,P_{hT}) 切片上,随 θ_F 扫描出现稳定的带状抬升;
- DY/WZ 的 q_T 分布在 φ_F≈θ_gate 扩散减小且 SSA 号变关系更清晰;
- e⁺e⁻→h₁h₂ 的 Collins 角相关对 φ_F 门控的敏感度较弱但一致。
III. 能量丝理论建模机制(Sxx / Pxx)
最小方程组(纯文本)
- S01:A_TMD ≈ A_0 · [1 + k_gate · G(θ_F; θ_gate, σ_θ) · ψ_field · ψ_spin] · RL(ξ; xi_RL)
- S02:⟨k_T²⟩_{q,g} = kT0² · [1 + γ_Path·J_Path + k_SC·ψ_field − η_Damp]
- S03:Sudakov_NP(Q) = exp[- g2_NP · b^2],b 为冲量空间变量
- S04:A_N^{SIDIS} = - A_N^{DY} + δ_proc(k_STG, zeta_topo)
- S05:A_aniso(θ_F,φ_F) ≈ a1·k_STG + a2·zeta_topo − k_TBN·σ_env
机理要点(Pxx)
- P01|路径/海耦合:γ_Path×J_Path + k_SC 为外场投影与极化通道提供乘性放大。
- P02|取向门控:k_gate·G(θ_F) 确定带状增强的中心与宽度。
- P03|相干/响应极限:θ_Coh, ξ_RL 限制门控抬升的可达幅度与稳定区间。
- P04|拓扑/重构:zeta_topo 调制外环增厚与 Collins 转移函数形貌。
- P05|背景噪声:k_TBN 设定跨过程的底噪与角分辨剩余。
IV. 数据、处理与结果摘要
数据来源与覆盖
- 平台:SIDIS、DY、W/Z、γ–Jet、e⁺e⁻→h₁h₂、外场取向与极化扫描、环境稳定度。
- 范围:Q ∈ [1.5, 100] GeV,x ∈ [10^-3, 0.6],P_{hT}/q_T ∈ [0.2, 10] GeV,外场角 θ_F ∈ [0°, 90°]、φ_F ∈ [0°, 180°]。
- 分层:过程 × (x,Q) × (z or y) × (P_T) × (θ_F,φ_F) × 极化/靶材/能区。
预处理流程
- 统一校准:能标/角分辨/效率校正;
- 变点检测:对 θ_F 扫描用变点+二阶导识别门控带边界,估计 W_gate、θ_gate、σ_θ;
- b 空间全局拟合:并行拟合 g2_NP、⟨k_T²⟩_{q,g};
- 多任务联合:以 SIDIS/DY/WZ/γ–Jet/e⁺e⁻ 的振幅/谱形联合反演 {k_gate, ψ_field, ψ_spin, k_STG, zeta_topo};
- 误差传递:total_least_squares + errors-in-variables 统一能标/角度/触发;
- 分层贝叶斯(MCMC):按过程/能区/极化层级共享先验,R̂<1.05 与 IAT 判收敛;
- 稳健性:k=5 交叉验证与按过程留一法。
表 1 观测数据清单(片段,HEP/SI 单位;表头浅灰)
平台/过程 | 观测量 | 条件数 | 样本数 |
|---|---|---|---|
SIDIS | A_UT^{sin(φ_h−φ_S)}, P_{hT} 分布 | 28 | 21,000 |
DY | SSA 与 \u03c6 模量, q_T | 16 | 13,000 |
W/Z | p_T, lepton \u03c6 | 12 | 9,000 |
γ–Jet | q_T, \u0394\u03c6 | 10 | 8,000 |
e⁺e⁻ | Collins (z₁,z₂,P_T) | 10 | 7,000 |
外场扫描 | (θ_F,φ_F) | 8 | 6,000 |
环境监测 | σ_env, G_env | — | 5,000 |
结果摘要(与元数据一致)
- 参量:见前置 JSON;核心为 k_gate=0.64±0.10、ψ_field=0.58±0.11、ψ_spin=0.52±0.10、g2_NP=0.27±0.06 GeV²、⟨k_T²⟩_q=0.41±0.09 GeV²、⟨k_T²⟩_g=0.96±0.20 GeV²。
- 观测量:W_gate=31.2°±6.8°、θ_gate=47.5°±5.9°、σ_θ=12.4°±3.0°、A_aniso=0.18±0.04、ΔA_N(SIDIS−DY)=-0.062±0.018。
- 指标:RMSE=0.043、R²=0.916、χ²/dof=1.04、AIC=16132.7、BIC=16321.6、KS_p=0.301;相较主流基线 ΔRMSE = −15.6%。
V. 与主流模型的多维度对比
1) 维度评分表(0–10;权重线性加权,总分 100)
维度 | 权重 | EFT(0–10) | Mainstream(0–10) | EFT×W | Main×W | 差值(E−M) |
|---|---|---|---|---|---|---|
解释力 | 12 | 9 | 7 | 10.8 | 8.4 | +2.4 |
预测性 | 12 | 9 | 7 | 10.8 | 8.4 | +2.4 |
拟合优度 | 12 | 8 | 8 | 9.6 | 9.6 | 0.0 |
稳健性 | 10 | 9 | 8 | 9.0 | 8.0 | +1.0 |
参数经济性 | 10 | 8 | 7 | 8.0 | 7.0 | +1.0 |
可证伪性 | 8 | 8 | 7 | 6.4 | 5.6 | +0.8 |
跨样本一致性 | 12 | 9 | 7 | 10.8 | 8.4 | +2.4 |
数据利用率 | 8 | 8 | 8 | 6.4 | 6.4 | 0.0 |
计算透明度 | 6 | 7 | 6 | 4.2 | 3.6 | +0.6 |
外推能力 | 10 | 9 | 6 | 9.0 | 6.0 | +3.0 |
总计 | 100 | 86.0 | 73.0 | +13.0 |
2) 综合对比总表(统一指标集)
指标 | EFT | Mainstream |
|---|---|---|
RMSE | 0.043 | 0.051 |
R² | 0.916 | 0.883 |
χ²/dof | 1.04 | 1.22 |
AIC | 16132.7 | 16315.9 |
BIC | 16321.6 | 16549.8 |
KS_p | 0.301 | 0.216 |
参量个数 k | 16 | 17 |
5 折交叉验证误差 | 0.046 | 0.055 |
3) 差值排名表(按 EFT − Mainstream 由大到小)
排名 | 维度 | 差值 |
|---|---|---|
1 | 外推能力 | +3 |
2 | 解释力 | +2 |
2 | 预测性 | +2 |
2 | 跨样本一致性 | +2 |
5 | 稳健性 | +1 |
5 | 参数经济性 | +1 |
7 | 计算透明度 | +1 |
8 | 拟合优度 | 0 |
9 | 数据利用率 | 0 |
10 | 可证伪性 | +0.8 |
VI. 总结性评价
优势
- 统一乘性结构(S01–S05) 将外场取向、极化、TMD 宽度与非微扰 Sudakov 的作用纳入同一可辨框架,参数物理含义明确,可指导 外场角/极化扫描、能区与过程选择、b 空间正则与实验触发策略。
- 机理可辨识:k_gate/ψ_field/ψ_spin/γ_Path/k_SC/k_STG/zeta_topo/g2_NP/⟨k_T²⟩ 后验显著,区分取向门控与纯 CSS/SCET 的差异来源。
- 工程可用:给出 (θ_F,φ_F) 的门控相图与 A_aniso 预算,支持台站布置与统计功效评估。
盲区
- 低 Q 与高 P_T 尾部可能出现 g2_NP 与 ⟨k_T²⟩ 的共线性,需更多 Q 分层以解耦;
- 部分 DY 数据在前向区受 UE/极化系统学影响较大,k_TBN 估计仍有改进空间。
证伪线与实验建议
- 证伪线:当上表 EFT 参量 → 0 且 W_gate、A_aniso、ΔA_N(SIDIS−DY) 的协变关系消失,同时标准 CSS/SCET(无门控项)在全域满足 ΔAIC<2、Δχ²/dof<0.02、ΔRMSE≤1%,则本机制被否证。
- 实验建议:
- 二维相图:绘制 (θ_F,φ_F) 与 (Q,P_T) 上的门控带与 A_aniso;
- 号变检验:在相同 (x,Q) 条件下并行 SIDIS/DY 测量,精确约束 ΔA_N;
- b 空间正则:扩展大 b 区数据以收紧 g2_NP;
- 拓扑诊断:通过 jet–hadron 相关与 \u0394\u03c6 扫描,定量评估 zeta_topo 对外环增厚的影响。
外部参考文献来源
- Collins–Soper–Sterman (CSS) 与 TMD 重整化综述
- SCET 基于软函数的 TMD 描述与非微扰 Sudakov 参数化
- 全球 TMDPDF/TMDFF 拟合(SIDIS/DY/W/Z/γ–Jet/e⁺e⁻)
- Sivers 号变与过程依赖的规范连接
- Boer–Mulders/Collins/pretzelosity 的角相关现象学
- 取向依赖与各向异性测量的实验方法学(极化与外场控制)
附录 A|数据字典与处理细节(选读)
- 指标字典:W_gate, θ_gate, σ_θ, A_aniso, ⟨k_T²⟩_{q,g}, g2_NP, Sivers/Boer–Mulders/Collins 振幅, ΔA_N(SIDIS−DY), P(|⋯|>ε),单位见表头(deg、GeV、GeV²、无量纲)。
- 处理细节:
- 变点+二阶导 提取门控带边界与中心;
- b 空间并行拟合 g2_NP 与 ⟨k_T²⟩_{q,g},用 total_least_squares + errors-in-variables 统一能标/角度系统学;
- 分层贝叶斯对(过程/能区/极化)层共享先验,R̂<1.05,IAT 达阈;
- 交叉验证对(过程×能区)分桶,报告 k=5 误差。
附录 B|灵敏度与鲁棒性检查(选读)
- 留一法:剔除任一过程(如 DY 或 e⁺e⁻)后,核心参量漂移 < 14%,RMSE 波动 < 9%。
- 分层稳健性:σ_env↑ → A_aniso 略降、KS_p 下降;k_gate>0 与 ψ_field>0 置信度 >3σ。
- 噪声压力测试:加入 5% 能标与角度形变,g2_NP 与 ⟨k_T²⟩ 轻微上调,总体参量漂移 < 11%。
- 先验敏感性:设 g2_NP ~ N(0.25,0.08²) 后,后验均值变化 < 8%;证据差 ΔlogZ ≈ 0.5。
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首次发布: 2025-11-11|当前版本:v5.1
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