[論文レビュー] Deep Inelastic Scattering in the Dipole Picture at Next-to-Leading Order

H. Hänninen|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2021

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 4

ひとこと要約

本学位論文は、カラーレイガーコンデンセート（CGC）フレームワークにおける、包含的および微分型 deep inelastic scattering（DIS）の次-leading order（NLO）計算を提示しており、Balitsky–Kovchegov（BK）進化における一貫性のある急速度スケールマッチングを通じて、大きな対数補正を正確に制御している。HERAデータへのドロップレット振幅初期条件の最先端のフィットを実現し、高精度の効果的記述を可能にするとともに、横方向および縦方向微分型 構造関数の両方における、初の完全なNLO結果を達成している。

ABSTRACT

This thesis studies gluon saturation in hadronic matter at high energy by calculating next-to-leading order (NLO) corrections to inclusive and diffractive deep inelastic scattering cross sections in the Color Glass Condensate (CGC) effective field theory. We demonstrate that the large soft gluon logarithm is correctly factorized into the Balitsky-Kovchegov (BK) renormalization group equation by accurately connecting the NLO scattering kinematics to the rapidity scale of the dipole amplitude in the scattering. This brings the perturbative expansion under control and enables us to do precision comparisons between theory and data. We fit the initial condition of the BK evolution equation to HERA inclusive deep inelastic scattering data by combining the NLO accuracy inclusive cross sections with beyond leading order BK evolution prescriptions. This results in the state-of-the-art accuracy comparison between CGC theory and HERA data, and determination of the dipole amplitude initial shape which is a necessary input for all NLO CGC phenomenology. In this introductory part, the effect of the NLO BK equation on the fits is assessed, and an alternative form for the NLO loop correction to the inclusive cross sections is derived which enables the consistent setting of the dipole amplitude rapidity scale in the NLO corrections. Diffraction is studied in this thesis in the CGC formalism, and we calculate the tree-level $q \bar q g$ NLO contribution to the diffractive deep inelastic scattering structure functions where the $q \bar q g$ Fock state scatters off the target and becomes the diffractively produced system. This contribution has previously been known in the literature only in leading $\log(Q^2)$ accuracy valid at large $Q^2$, and only for the structure function $F^D_T$. The $q \bar q g$ contribution to both structure functions $F^D_T$ and $F^D_L$ are presented in full NLO accuracy.

研究の動機と目的

• カラーレイガーコンデンセート（CGC）有効場理論における包含的および微分型 deep inelastic scattering（DIS）の次-leading order（NLO）精度を達成すること。
• NLO補正における大きなソフトグルーオン対数を、一貫性のある急速度スケールマッチングによりBKの再結合群方程式に正しく因数分解することで、摂動的展開を制御すること。
• NLO断面積をHERAの包含的DISデータにフィットさせることで、ドロップレット振幅の初期条件を決定すること。
• CGC形式において、$F_T^D$および$F_L^D$微分型構造関数の両方に対する、初の完全なNLO木レベル $q\bar{q}g$ 捕捉状態貢献を計算すること。
• NLO BK進化が効果的記述に与える影響を評価し、BK方程式における異なる再結合処方の整合性を検証すること。

提案手法

• NLO DISループ補正の新しい表現を導出し、NLO補正におけるドロップレット振幅の急速度スケールを一貫して設定可能にする。
• NLOインパクト因子の実装と、重要な次オーダー補正を含む強化されたBK進化方程式との組み合わせ。
• NLO断面積とNLO BK進化を用いて、HERAの包含的DISデータにドロップレット振幅の初期条件をフィットする。
• 微分型DIS構造関数への $q\bar{q}g$ Fock状態貢献を、完全なNLO精度で解析的に計算する。
• H. Mäntysaariが開発したソフトウェアコンponentを用いて、数値的実装およびフィッティング手順を実施する。
• NLO BK進化されたドロップレット振幅をデータと比較し、BK方程式における異なる再結合スキームの有効性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NLOにおいて、大きなソフトグルーオン対数をどのように一貫してBK進化方程式に因数分解できるか？
• RQ2 NLO補正は、HERAデータへのドロップレット振幅初期条件の効果的記述にどのような影響を与えるか？
• RQ3 $F_T^D$および$F_L^D$両方の微分型構造関数に対して、$q\bar{q}g$ 貢献を完全なNLO精度で計算できるか？
• RQ4 HERAデータの記述において、NLO BK方程式の異なる再結合処方（再結合アプローチ）はどのように比較できるか？
• RQ5 急速度スケールの一貫性が、ドロップレット振幅のNLO補正において果たす役割は何か？

主な発見

• NLO運動量空間のマッチングをドロップレット振幅の急速度スケールに適用することで、大きなソフトグルーオン対数がBK方程式に正しく因数分解され、摂動的展開が制御可能になった。
• NLO断面積とNLO BK進化を用いて、HERAの包含的DISデータにフィットすることで、ドロップレット振幅の初期形状が最先端の精度で決定された。
• 3つの異なるNLO BK進化処方（再結合アプローチ）が、HERAデータを同程度よく記述しており、今後のデータがそれらを区別できる可能性を示唆している。
• $F_T^D$および$F_L^D$微分型構造関数への $q\bar{q}g$ 貢献の、初の完全なNLO計算が達成され、従来の leading-log($Q^2$) 精度に制限された結果を拡張した。
• NLO BK進化はフィットに顕著な影響を及ぼしており、簡単なデータ比較において、強化されたBK方程式は完全なNLO BK進化を妥当に近似的に再現している。
• 決定されたドロップレット振幅は、すでに高精度のNLOで、長軸偏光した重いベクトルメソンの排他的生成計算の入力として使用されている。