[論文レビュー] Further studies of isolated photon production with a jet in deep inelastic scattering at HERA

H. Abramowicz, I. Abt+111 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、HERAで326 pb⁻¹のデータを用いて、深エネルギーシンチレーション散乱における孤立光子とジェットの生成に関する精度測定を提示する。微分断面積は、エネルギーおよび運動量移行分率、光子・ジェットおよび散乱電子間の方位角および擬似迅速度の差に応じて分析された。結果は、データとAFG理論モデルの間で優れた一致を示し、Pythia予測ではクォークから放射される成分に1.6倍のスケーリングが必要となることが判明した。これは、孤立光子生成に伴うジェット生成において、高次のQCD効果の重要性を強調している。

ABSTRACT

Isolated photons with high transverse energy have been studied in deep inelastic $ep$ scattering with the ZEUS detector at HERA, using an integrated luminosity of 326 pb$^{−1}$ in the range of exchanged-photon virtuality 10−350 GeV$^2$. Outgoing isolated photons with transverse energy 4 $E^{γ}_{T}$ < 15 GeV and pseudorapidity −0.7 < $η^γ$ < 0.9 were measured with accompanying jets having transverse energy and pseudorapidity 2.5 $E^{jet}_{T}$ < 35 GeV and −1.5 < $η^{jet}$ < 1.8, respectively. Differential cross sections are presented for the following variables: the fraction of the incoming photon energy and momentum that is transferred to the outgoing photon and the leading jet; the fraction of the incoming proton energy transferred to the photon and leading jet; the differences in azimuthal angle and pseudorapidity between the outgoing photon and the leading jet and between the outgoing photon and the scattered electron. Comparisons are made with theoretical predictions: a leading-logarithm Monte Carlo simulation, a next-to-leading-order QCD prediction, and a prediction using the $k_T$-factorisation approach

研究の動機と目的

• HERAにおける深エネルギーシンチレーションep散乱において、孤立光子生成に伴うジェット生成の微分断面積を測定すること。
• 光子、ジェット、散乱電子を含む運動量分布を、エネルギーおよび運動量移行分率に注目して分析すること。
• 次々に高次のQCD、kT因子化モデル、および先行対数モンテカルロシミュレーションに基づく理論予測を、高精度なデータと照合して検証すること。
• プロトン構造における部分粒子過程の理解を深めるために、即時光子生成メカニズムを分離すること。

提案手法

• データは、統合 luminosity 326 pb⁻¹ を有するZEUS検出器を用いて収集された。
• 横方向エネルギー 4 < Eγ_T < 15 GeV および擬似迅速度 −0.7 < ηγ < 0.9 を満たす孤立光子、および横方向エネルギー 2.5 < Ejet_T < 35 GeV かつ −1.5 < ηjet < 1.8 を満たすジェットを選別した。
• ジェットはR = 1.0を用いたkTクラスタリング法で再構成され、光子の分離は、ジェットに類似した対象のエネルギーの少なくとも90%が光子によって占められることを要件とした。
• 微分断面積は、xmeas_γ、xobs_p、Δφ、Δη、Δφe,γ、Δηe,γ に応じて測定された。これらはエネルギーおよび運動量移行分率、および角度的差を表す。
• 理論的予測との比較には、先行対数モンテカルロ（Pythia）、次次高次のQCD計算（Djangoh–Heracles）、および2つの高度なモデル（AFGおよびBLZ）を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 入射光子エネルギーおよび運動量移行分率の関数として、孤立光子＋ジェット生成の微分断面積はどのように変化するか？
• RQ2 先行対数、次次高次、kT因子化に基づく理論的予測は、測定された運動量分布をどの程度正確に記述できるか？
• RQ3 Q²の異なる範囲において、クォークから放射される（QQ）とレプトンから放射される（LL）光子過程の相対的寄与はどの程度か？
• RQ4 なぜBLZモデルは全断面積を過剰に予測し、xmeas_γ分布の形状を再現できないが、AFGモデルはより良好なフィットを示すのか？
• RQ5 Pythiaが1.6倍のスケーリング因子を用いて高次のQCD効果をモデル化することで、データとの一致がどのように向上するのか？

主な発見

• AFGモデルは、全Q²範囲および個別の10 < Q² < 30 GeV²および30 < Q² < 350 GeV²領域において、すべての測定変数について、正規化および形状の両面で優れた記述を示した。
• クォークから放射される光子成分のPythia予測は、1.6倍のスケーリングを施すことでデータと良好に一致した。これは、一次の理論を超える高次の補正が必要であることを示唆している。
• BLZモデルはデータの形状をある程度正確に再現しているが、全断面積を約20%過剰に予測しており、xmeas_γ分布のピークを再現できない。
• 高Q²領域では、特にΔφ、Δη、Δηe,γの分布において、LL成分が重要性を増し、高仮想性領域におけるレプトンから放射される光子過程の支配的役割が顕著に現れている。
• 低Q²領域（10 < Q² < 30 GeV²）において、AFGモデルはΔη分布でわずかなずれを示している可能性がある。これは計算に2.5 GeVの横方向運動量カットが組み込まれているためである。
• 低xmeas_γ領域のデータは、追加の高次補正を要さずにPythiaによって良好に記述されており、この運動量領域では先行対数の再結合が十分であると考えられる。