[論文レビュー] Back-to-back inclusive dijets in DIS at small $x$: Complete NLO results and predictions

Paul Caucal, Farid Salazar+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 2023

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、色ガラスコンデンゲート（CGC）効果的場理論（EFT）において、小 $x$ における深エネルギーシュリンク散乱（DIS）におけるバックツバック包含二ジェット生成の、初めての完全な次-leading-order（NLO）計算を提示する。微分断面積は、ワイツェッカー＝ヴァイツァック（WW）ゲルミオン横運動量依存分布（TMD）、二重および単一のスダコフ対数を含む普遍的ソフト因子、およびNLO係数関数の畳み込みに因数分解され、スダコフ抑制とゲルミオン飽和効果の定量的分離が可能になる。

ABSTRACT

We compute the back-to-back dijet cross-section in deep inelastic scattering (DIS) at small $x$ to next-to-leading order (NLO) in the Color Glass Condensate effective field theory. Our result can be factorized into a convolution of the Weizsäcker-Williams gluon transverse momentum dependent distribution function (WW gluon TMD) with a universal soft factor and an NLO coefficient function. The soft factor includes both double and single logarithms in the ratio of the relative transverse momentum $P_\perp$ of the dijet pair to the dijet momentum imbalance $q_\perp$; its renormalization group (RG) evolution is resummed into the Sudakov factor. Likewise, the WW TMD obeys a nonlinear RG equation in $x$ that is kinematically constrained to satisfy both lifetime and rapidity ordering of the projectile. Exact analytical expressions are obtained for the NLO coefficient function of transversely and longitudinally polarized photons. Our results allow for the first quantitative separation of the dynamics of Sudakov suppression from that of gluon saturation. They can be extended to other final states and provide a framework for precision tests of novel QCD many-body dynamics at the Electron-Ion Collider.

研究の動機と目的

• 色ガラスコンデンゲート（CGC）効果的場理論において、小 $x$ における深エネルギーシュリンク散乱（DIS）におけるバックツバック二ジェット断面積を、次-leading-order（NLO）まで計算すること。
• 小 $x$ における二ジェット生成において、スダコフ抑制とゲルミオン飽和の競合効果を解きほぐすこと。
• 電子イオン衝突装置（EIC）におけるQCD多体ダイナミクスの精度テストのためのフレームワークを提供すること。
• 横方向および縦方向に偏光した光子の両方に対するNLO係数関数の正確な解析的表現を導出すること。

提案手法

• 計算は、$q_{\bot}/P_{\bot}$ および $Q_s/P_{\bot}$ において先駆的位で有効であり、$Q_s/q_{\bot}$ においてすべての次数で有効な、CGC EFTフレームワークにおけるTMD因数分解を採用する。
• 断面積は、WWゲルミオンTMD、普遍的ソフト因子、およびNLO係数関数の畳み込みに因数分解される。
• ソフト因子は、再生群（RG）発展を用いて、$P_{\bot}/q_{\bot}$ の二重および単一対数をスダコフ因子に再集約する。
• WW TMDは、ゲルミオン飽和ダイナミクスを組み込んだ非線形RG方程式に従って $x$ で発展する。
• 光子の偏光状態（横方向および縦方向）に応じて、ライトコーンゲージおよびドーナツフレーム形式を用いて、NLO係数関数の正確な解析的表現が導出された。
• 導出結果は、運動量空間におけるベッセル関数および対数積分を含むマスターインテグラル計算により検証された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スダコフの二重および単一対数 $P_{\bot}/q_{\bot}$ は、小 $x$ におけるDISのNLOでバックツバック二ジェット断面積にどのように影響を与えるか？
• RQ2 WW TMDにおけるゲルミオン飽和効果は、二ジェット生成におけるスダコフ抑制と、どの程度まで分離可能か？
• RQ3 この過程における横方向および縦方向に偏光した光子のNLO係数関数の解析的構造は何か？
• RQ4 TMD因数分解フレームワークは、CGC EFTにおける包含的二ジェット生成のNLOに一貫して拡張可能か？
• RQ5 再集約されたソフト因子およびハード因子は、電子イオン衝突装置（EIC）に特徴的な運動量領域における二ジェット断面積をどのように修正するか？

主な発見

• 横方向に偏光した光子のNLO係数関数は、$P_{\bot}$ および $Q^2$ におけるすべての対数的および非対数的寄与を含めて、解析的に導出された。
• 縦方向に偏光した光子のNLO係数関数は、文献に既存の結果と整合する完全な解析的制御のもとで得られた。
• ソフト因子は、再生群（RG）発展を用いて、$P_{\bot}/q_{\bot}$ の単一および二重対数をスダコフ因子に再集約し、抑制メカニズムの正確な記述を可能にした。
• WWゲルミオンTMDは、小 $x$ におけるゲルミオン飽和ダイナミクスを捉える非線形RG方程式に従って $x$ で発展し、$Q_s(x)$ を飽和スケールとして持つ。
• 全断面積は、WW TMD、ソフト因子、およびNLO係数関数の畳み込みに因数分解され、スダコフ抑制と飽和効果の定量的分離が可能になった。
• このフレームワークは、二ハドロン生成などの他の最終状態へも拡張可能であり、EICにおけるQCD多体ダイナミクスの精度テストのための高精度ツールを提供する。