[論文レビュー] Exclusive central production of heavy quarks at the LHC

Grigorios Chachamis, Martin Hentschinski+2 more|ArXiv.org|Nov 13, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、LHCにおける重いクォーク-反クォーク対の排他的中央生成に対して、次-leading order (NLO) $k_T$-因子化フレームワークを提案する。これは横運動量空間におけるNLO非統合グルーオン密度を用いる。反復的にNLO BFKL進化核を解くことで、モンテカルロ互換のシミュレーションが可能となり、ボトムクォーク対生成における小-$x$グルーオン力学を精確に探るためのツールを提供する。

ABSTRACT

We study the exclusive production of heavy flavors at central rapidities in hadron-hadron collisions within the kT factorisation formalism. Since this involves regions of small Bjorken x in the unintegrated gluon densities, we include the next-to-leading order BFKL contributions working directly in transverse momentum representation. Our results are presented in a form suitable for Monte Carlo implementation.

研究の動機と目的

• LHCにおける重いクォークの排他的中央生成を、NLOでの$k_T$-因子化を用いて理論的フレームワークを構築すること。
• 特にボトムクォーク対に対して、小バージケン-$x$領域における高エネルギー$k_T$-因子化の適用可能性を検証すること。
• 排他的な重いフレーバー生成のモンテカルロイベント生成に数値的に実装可能な形式を提供すること。
• 非統合グルーオン密度を排他的な重いクォーク対生成を通じて小-$x$で探ることで、理論的近似の検証を可能にすること。
• 将来のHERAデータへの非統合グルーオン密度のフィットおよびLHC予測の基盤を築くこと。

提案手法

• 入射プロトンの光的運動量 $p_1$ および $p_2$ を用いたサダコフ基底における微分断面積の定式化。
• $k_T$-因子化を適用し、$k_T$ 依存性を持つ非統合グルーオン密度を用い、NLO BFKL核による進化を実施。
• 横運動量空間におけるNLO BFKLグリーン関数の反復的解法を用いてグルーオン密度を計算。
• 実発光および衝突項を含むNLO補正をBFKL核に取り入れ、走行結合定数 $\bar{\alpha}_s$ に明示的な依存性を有する。
• BFKLグリーン関数とプロトンインパクト因子の畳み込みとしてNLO非統合グルーオン密度を構築。
• モンテカルロ統合およびイベントごとのシミュレーションが可能な横運動量空間におけるNLO核の表現を導出。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおけるボトムクォーク対の排他的中央生成は、$k_T$-因子化を用いて小-$x$グルーオン力学をクリーンに探る手段として機能するか？
• RQ2 BFKL進化核に対するNLO補正は、排他的な重いクォーク対生成の微分断面積にどのように影響するか？
• RQ3 NLO BFKLグリーン関数の反復的構造を、モンテカルロイベント生成に数値的に実装できる程度まで可能か？
• RQ4 $\overline{\text{MS}}$ とグルーオン・ブレムストラール（GB）の正規化スキームの違いが、排他的な重いフレーバー生成の予測を安定化させる役割を果たすか？
• RQ5 NLO $k_T$-因子化フレームワークは、ボトムクォーク対生成で探られる小-$x$グルーオン密度の運動量領域をどの程度正確に記述できるか？

主な発見

• 走行結合定数 $\bar{\alpha}_s$ に明示的な依存性を持つNLO BFKL核が横運動量空間に表現され、スキーム不変な予測が可能となった。
• NLO BFKLグリーン関数の反復的解法により、モンテカルロイベント生成に適した数値的実装が可能となった。
• この形式は重いクォーク-反クォーク対の運動学的性質を排他的に取り扱い、自己エネルギー因子化による近似を回避した。
• BFKL核に対するNLO補正の組み込みにより、エネルギースケールの非対称性やハドロン衝突における初期の衝突項進化効果を適切に考慮した。
• 非統合グルーオン密度が探る$x$値の正確な決定が可能となり、小-$x$近似の検証が可能となった。
• 正規化スキームの変更（例：$\overline{\text{MS}}$ からGB）に対してもモデルが安定しており、理論的予測のための頑健なツールを提供した。