[論文レビュー] A Global Analysis of DIS Data at Small-x with Running Coupling BK Evolution

Javier L. Albacete, N. Armesto+2 more|ArXiv.org|Jun 15, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、小スケールのボルケン-xにおける深く非弾性散乱（DIS）データに対するグローバルフィットを、ランダムカップリング・バリツキー＝コフチエフ（BK）方程式を用いて、陽子内のグルーオン飽和を記述することによって行う。モデルは $F_2$ をよく再現し、自由パラメータなしで $F_L$ を予測でき、LHeCなどの将来の加速器で、飽和と線形DGLAP進化を区別するための $F_L$ が重要な観測量であることが示された。

ABSTRACT

We present a global fit to the structure function F_2 measured in lepton-proton experiments at small values of Bjorken-x, x< 0.01, for all experimentally available values of Q^2, 0.045< Q^2 < 800 GeV^2, using the Balitsky -Kovchegov equation including running coupling corrections. Using our fits to F_2, we reproduce available data for F_L and perform predictions, parameter-free and completely driven by small-x evolution, to the kinematic range relevant for the LHeC.

研究の動機と目的

• ランダムカップリング・バリツキー＝コフチエフ（BK）方程式が、小-xにおけるDISデータを記述する上で有効であるかを検証すること。
• 小-xにおける観測された $F_2$ および $F_L$ 構造関数を説明するために、グルーオン飽和効果が必要かどうかを特定すること。
• $F_L$ と $F_2$ を比較した場合、非線形的飽和ダイナミクスと線形的DGLAP進化を区別する能力を評価すること。
• $F_2$ フィットに基づいて、LHeCに関係する運動量領域における $F_L$ の自由パラメータなしの予測を提供すること。

提案手法

• ディポールモデルを用い、仮想光子-陽子断面積を、光子波動関数とディポール-陽子散乱断面積 $\mathcal{N}(r,x)$ の畳み込みとして表現する。
• ランダムカップリングBK方程式を用いて、$x$ に伴うディポール断面積 $\mathcal{N}(r,x)$ の進化を記述し、核に $\alpha_s N_f$ の補正を再帰的に組み込む。
• 初期条件としてGBWおよびMV形を採用し、$F_2$ データにフィットするための自由パラメータ $Q_{s0}$, $\sigma_0$, $C$, $\gamma$ を導入する。
• $F_2$ および $F_L$ をディポール断面積と光学定理を用いて計算し、フィットされたパラメータを用いて $F_L$ を追加調整なしに予測する。
• HERA、E665、NMC実験のデータから得られた、$x \leq 10^{-2}$ および $0.045 \leq Q^2 \leq 800$ GeV$^2$ の範囲における847点の $F_2$ データに対してグローバルフィットを実施する。
• 光子生成領域への滑らかな接続を実現するため、再定義された $\tilde{x} = x(1 + 4m_f^2/Q^2)$ を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ランダムカップリングBK方程式を用い、$F_2$ データへのグローバルフィットによって得たモデルが、追加の自由パラメータなしに $F_L$ を記述できるか。
• RQ2 小-x領域において、$F_L$ は $F_2$ よりもグルーオン飽和効果に敏感であるか。
• RQ3 BK核にランダムカップリング補正を組み込むことで、データと整合する物理的な進化速度 $\lambda$ が得られるか。
• RQ4 $F_2$ および $F_L$ データに基づいて、非線形的飽和と線形的DGLAP進化を区別できるか。
• RQ5 LHeCに関係する運動量領域において、BKモデルが $F_L$ をどれほど予測可能か。

主な発見

• ランダムカップリングBK方程式を用い、GBWまたはMV初期条件を採用することで、$x \leq 10^{-2}$ および $0.045 \leq Q^2 \leq 800$ GeV$^2$ の範囲における847点の $F_2$ データに対して、優れたグローバルフィットが達成された。
• フィットされた進化速度 $\lambda \sim 0.2-0.3$ は、データと整合しており、先行対数BK方程式で得られる物理的に不適切な $\lambda \sim 4.8\alpha_s$ とは対照的である。
• 自由パラメータを $F_2$ フィットに追加する以外に一切使用せず、$F_L$ を高い精度で予測でき、実験データと広い $x$ および $Q^2$ 範囲で良好な一致を示した。
• BKモデルから生成された擬似データに対するDGLAPフィットの $\chi^2$/d.o.f. は、特に低および高 $Q^2$ において顕著な不一致を示しており、$F_L$ が非線形ダイナミクスに敏感であることが示された。
• 本研究の結論として、LHeCにおいてDGLAPと非線形的飽和ダイナミクスを区別するための $F_L$ は、$F_2$ よりも優れた観測量である。
• 結果は、小-x領域にグルーオン飽和効果が存在することを支持しており、$F_L$ は将来の実験的検証の主要なプローブである。