[論文レビュー] Extraction of alpha_s from the energy evolution of jet fragmentation functions at low z

D. d’Enterria, Perez-Ramos, and Redamy|arXiv (Cornell University)|Aug 12, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、NMLLA+NLO∗の高次項補正と高次対数再結合を用いて、低ハドロン動量分率𝑧におけるジェット断片化関数モーメントのエネルギー依存性からQCD結合定数𝛼ₛを抽出する、新規な手法を提示する。この手法により𝛼ₛ(𝑚²_𝑍) = 0.119 ± 0.010が得られ、世界平均と非常に良好に一致しており、理論的および実験的不確かさが異なる別個の独立した決定を与える。

ABSTRACT

A novel method to extract the QCD coupling alpha_s from the energy evolution of the moments of the parton-to-hadron fragmentation functions at low fractional hadron momentum z, is presented. The evolution of the moments (multiplicity, peak, width, skewness) of the charged-hadron distribution in jets is computed at NMLLA+NLO* accuracy and compared to the experimental deep-inelastic e-p data. Values of the strong coupling constant at the Z pole are obtained, alpha_s(m_Z) = 0.119 +/- 0.010, in excellent numerical agreement with the current world average determined using other methods at the same level of accuracy.

研究の動機と目的

• 既存の手法とは異なる不確かさを持つ、独立したジェットベースの強い結合定数𝛼ₛの決定手法を開発すること。
• NMLLA+NLO∗フレームワークを、ブライト座標系の現在半球における深エネルギーカットインディスクリート𝑒±𝑝衝突に拡張すること。
• 実験的ジェットデータを用いて、断片化関数モーメント（多重度、ピーク、広がり、歪度）のエネルギー依存性から𝛼ₛを抽出すること。
• 複数のモーメントに対するフィットを比較し、相関および系統的不確かさを考慮するためにカイ二乗平均を用いたグローバルフィットを実施することで、手法の頑健性を検証すること。
• NLO精度での𝛼ₛの補足的決定を提供し、標準模型の精度テストおよび標準模型を超える物理の検証に適すること。

提案手法

• 多重度、ピーク、広がり、歪度、尖度などの断片化関数モーメントは、NMLLA+NLO∗の精度で発展させ、次-leading-order補正および高次対数再結合を組み込む。
• モーメントは、Mellin変換された断片化関数の形で表され、異常次元が√𝛼ₛ、𝛼ₛ、𝛼ₛ^{3/2}のべき級数展開で記述される。
• 分布は𝜉 = ln(1/𝑧)に関する歪んだガウス型パラメータ化でモデル化され、𝜎、𝜇、𝑠、𝑘およびピーク位置𝜉̄が含まれる。これらのパラメータはジェットエネルギースケール𝑌 = ln(𝐸𝜃/𝑄₀)に従って発展する。
• 理論的限界スペクトルは𝑄₀ → Λ_𝑄𝐶𝐷に発展させることで計算され、理論がΛ_𝑄𝐶𝐷に1つのパラメータに還元され、実験データにフィットされる。
• minuit2を用いたグローバルフィットにより、すべてのモーメントを同時にΛ_𝑄𝐶𝐷から抽出し、相関および不確かさを考慮するためにカイ二乗平均を適用する。
• この手法は、局所的パートン-ハドロン双対性に依存しており、正規化定数を除き、パートンレベルのジェット構造がハドロンレベルの分布と一致すると仮定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低𝑧における断片化関数モーメントのエネルギー依存性は、深エネルギーカットインディスクリート𝑒±𝑝衝突において、頑健で独立した𝛼ₛの決定を可能にするか？
• RQ2 NMLLA+NLO∗発展による理論的不確かさと、DGフィットにおける実験的不確かさは、抽出された𝛼ₛの値にどのように影響するか？
• RQ3 フィッティングおよびモデル化の不確かさに対する感受性が低いことから、断片化関数のピーク位置が𝛼ₛ抽出に最も信頼できるモーメントであるか？
• RQ4 複数のモーメントにわたるグローバルフィットを用いた場合、抽出された𝛼ₛの値は世界平均とどのように一致するか？
• RQ5 この手法を𝑒+𝑒−および𝑒±𝑝衝突のデータを統合することで、より高精度なグローバル決定に拡張可能か？

主な発見

• 𝑒±𝑝衝突における断片化関数の全モーメントのグローバルフィットから抽出された𝛼ₛ(𝑚²_𝑍)の値は0.119 ± 0.010であり、世界平均の0.1185 ± 0.0006と整合的である。
• ピーク位置モーメントは、理論的形が単純でフィッティング不確かさに対する感受性が低いため、最も頑健な抽出結果を示し、Λ_𝑄𝐶𝐷 = 266 ± 5 MeV、𝛼ₛ(𝑚²_𝑍) = 0.121 ± 0.007が得られた。
• 多重度モーメントはΛ_𝑄𝐶𝐷 = 178 ± 37 MeV、𝛼ₛ(𝑚²_𝑍) = 0.114 ± 0.017を示し、不確かさは大きいがグローバル値と整合的である。
• 広がりモーメントはΛ_𝑄𝐶𝐷 = 203 ± 13 MeV、𝛼ₛ(𝑚²_𝑍) = 0.116 ± 0.007を示し、中程度の不確かさであり、グローバルフィットと良好に一致する。
• 歪度モーメントは最大の不確かさ（Λ_𝑄𝐶𝐷 = 235 ± 182 MeV、𝛼ₛ(𝑚²_𝑍) = 0.119 ± 0.092）を示し、高次モーメントのフィッティングの難しさが反映されている。
• 相関および系統的効果を考慮したカイ二乗平均を用いたグローバルフィットにより、最終的な𝛼ₛ(𝑚²_𝑍) = 0.119 ± 0.010が得られ、世界平均および以前の𝑒+𝑒−結果（0.1195 ± 0.0022）と整合的であることが示された。