[論文レビュー] BFKL phenomenology: resummation of high-energy logs in semi-hard processes at LHC

Francesco Giovanni Celiberto|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用数 15

ひとこと要約

本稿は、LHCエネルギーにおける二粒子および多ジェット生成過程を、BFKLダイナミクスのプローブとして提案し、一般化された方位角相関比を用いて高エネルギー対数的再結合効果を分離する。これらの観測量はBFKL再結合に敏感な明確な$ Y $依存性を示し、歪みのないコヒーレント寄与なしに、明確な信号を提供する。

ABSTRACT

A study of differential cross sections and azimuthal observables for semi-hard processes at LHC energies, including BFKL resummation effects, is presented. Particular attention has been paid to the behaviour of the azimuthal correlation momenta, when a couple of forward/backward jets or identified hadrons is produced in the final state with a large rapidity separation. Three- and four- jet production has been also considered, the main focus lying on the definition of new, generalized azimuthal observables, whose dependence on the transverse momenta and the rapidities of the central jet(s) can be considered as a distinct signal of the onset of BFKL dynamics.

研究の動機と目的

• ミューラー＝ナヴェレットジェットよりも少ない包含性を持つ最終状態におけるBFKLダイナミクスの探求、大迅速度差を有する特定されたハドロンを用いる。
• 多ジェット生成においてBFKL再結合に感受性を示し、コヒーレント寄与なしに自由である新しい一般化された方位角観測量の定義。
• 13 TeVでの$ R_{nm} $型比の理論的予測を、二粒子ハドロン生成および多ジェット過程に対して提供し、LHCデータとの比較に適する。
• 固定順オーダーおよびモンテカルロシミュレーションと比較することで、BFKL形式主義の適用領域を解明する。
• 大迅速度ギャップを有する二粒子ハドロン生成を通じて、一部子分布関数およびフラグメンテーション関数の両方を制約する。

提案手法

• 大迅速度差$ Y = y_1 - y_2 $を有する陽子-陽子衝突における二粒子ハドロン生成を用い、CMS実験条件に一致する運動量的カットを統合する。
• 微分断面積$ d\tau / dy_1 dy_2 dk_1 dk_2 d\theta_1 d\theta_2 $から方位角係数$ C_n $およびその比$ R_{nm} = C_n / C_m $を定義し、$ \theta $依存のコサイン調和関数を用いる。
• $ n $-ジェット生成における一般化された方位角相関モーメント$ \tilde{\bf C}_{M_1\bullet M_{n-1}} = \langle \prod_{i=1}^{n-1} \cos(M_i \phi_{i,i+1}) \rangle $を導入し、断面積をすべての方位角角度にわたって投影する。
• 運動量的カットを課す：$ |y| \leq 2.4 $、二粒子ハドロンでは$ k_{\text{min}} = 5 $ GeV；$ y_1 - y_n = Y $、ジェットでは$ k_{\text{min}} $を変化させる。
• コヒーレント寄与および高次の効果を抑制するため、比観測量$ R^{M_1\cdots M_{n-1}}_{N_1\cdots N_{n-1}} = C_{M_1\cdots M_{n-1}} / C_{N_1\cdots N_{n-1}} $を構築する。
• 数値的評価を実施：$ \sqrt{s} = 13 $ TeV（二粒子ハドロン、3ジェット）、$ \sqrt{s} = 7 $および$ 13 $ TeV（4ジェット）、$ k_{\text{min}} $および迅速度設定を変化させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCエネルギーにおける二粒子ハドロン生成の方位角相関比は、コヒーレント寄与なしにBFKL再結合効果をどのように反映するか？
• RQ2 一般化された$ n $-ジェット方位角比は迅速度差$ Y $に対してどの程度感受性を示し、BFKLダイナミクスの明確な信号として機能できるか？
• RQ3 $ R^{33}_{12} $および$ R^{221}_{112} $比の$ Y $依存性は、横運動量カットおよびセンター・オブ・マスエネルギーにどのように依存するか？
• RQ4 二粒子ハドロン生成は、同時に一部子分布関数およびフラグメンテーション関数の両方をどの程度制約できるか？
• RQ5 提案された観測量は、固定順予測およびBFKLexモンテカルロシミュレーションと比較して、どのように相違するか？

主な発見

• 13 TeVでの二粒子ハドロン生成における$ R_{10} $および$ R_{20} $の$ Y $依存性は、BFKL再結合効果に一致する明確で非自明な構造を示している。
• 13 TeVでの3ジェット生成における一般化比$ R^{33}_{12} $は強い$ Y $依存性を示し、横運動量カット$ k_{B,\text{min}} $に感受性を示しており、BFKLダイナミクスの兆候である。
• 4ジェット生成における比$ R^{221}_{112} $は、7 TeVおよび13 TeVの両方で明確な$ Y $依存性を示し、$ k_{\text{min}} $および$ k_{1,2} $の設定に応じて変化する。
• 提案された観測量$ R^{M_1\cdots M_{n-1}}_{N_1\cdots N_{n-1}} $は、コンフォーマルスピン0寄与の除去により、コヒーレント寄与に対して頑健である。
• これらの結果は、一般化された方位角比が高エネルギーQCDにおけるBFKLダイナミクスの明確でモデルに依存しない信号として機能できることを示唆する。
• 本研究は、標準的なミューラー＝ナヴェレット設定を超えた半硬い過程におけるBFKL再結合のテストのためのフレームワークを提供し、LHCデータ解析に直接関連する。