[論文レビュー] High energy effects in multi-jet production at LHC

F. Caporale, Francesco Giovanni Celiberto+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、LHCにおける3および4ジェット生成における一般化された方位相関比を提案し、マルチレグジンキンマティクスにおけるBFKLダイナミクスを調べる。BFKLリスキームド振幅と畳み込みグリーン関数を用いた、中央ジェットの横運動量およびラピディティ依存性の分析により、これらの依存性がBFKL効果の明確なシグナルであることが特定され、高エネルギーにおける実験的検証のための新規で頑健な観測量が提供される。

ABSTRACT

We study differential cross sections for the production of three and four jets in multi-Regge kinematics, the main interest lying on azimuthal angle dependences. The theoretical setup is the jet production from a single BFKL ladder with a convolution of two/three BFKL Green functions, where two forward/backward jets are always tagged in the final state. Furthermore, we require the tagging of one/two further jets in more central regions of the detectors with a relative separation in rapidity. We found, as result, that the dependence on transverse momenta and rapidities of the central jets can be considered as a distinct signal of the onset of BFKL dynamics.

研究の動機と目的

• 標準的なミュラー＝ナヴェレット設定を超えたLHCエネルギーにおける多ジェット生成における、排他的でBFKLに感受性を持つ観測量を特定すること。
• 比に基づく観測量により、共形スピン0の寄与を排除することで、臨界的混入を低減すること。
• 現在および将来のLHC実験のカットおよび運動量的制約と整合する、物性論的に実現可能な予測を提供すること。
• 高次の補正および異なるPDFセットを用いたBFKL予測の安定性と感受性をテストすること。
• 実験協力グループに、BFKLアプローチの適用領域を検証するために、これらの観測量を測定するよう促すこと。

提案手法

• 本研究では、1つのBFKLラダーと2つまたは3つのBFKLグリーン関数の畳み込みを用いたマルチレグジンキンマティクスにおける微分断面積を用いる。
• 方位相関関数は、ジェット間の相対方位角の余弦の積の角度積分により定義され、式(1)で表される。
• ラピディティおよび横運動量における運動量カットを適用し、前方/後方ジェットを特定し、中央ジェットを中間ラピディティ領域に位置づける。これは式(2)で形式化されている。
• 共形寄与をキャンセルし、安定性を向上させるために、比観測量 $ R^{M_1\cdots M_{n-1}}_{N_1\cdots N_{n-1}} $ が定義され、式(3)で示される。
• 数値計算には、NLO MSTW 2008 PDF、2ループの$ \alpha_s $の走行、FortranおよびMathematica内での統合ルーチン（Vegas、Quadpack）を用い、相互チェックを行った。
• 分析は、$ \sqrt{s} = 7 $および$ 13 $ TeVにおける3および4ジェット終状態の$ R^{33}_{22} $、$ R^{111}_{221} $、および$ R^{112}_{111} $比に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中央ジェットの横運動量およびラピディティ依存性は、多ジェット生成におけるBFKLダイナミクスの明確なシグナルとして機能するか？
• RQ2 標準的なミュラー＝ナヴェレット観測量と比較して、方位相関比は安定性をどのように向上させ、臨界的混入をどのように低減するか？
• RQ3 最小横運動量およびラピディティ分離といった運動量カットに依存する予測比の程度はどの程度か？
• RQ4 3および4ジェット比におけるBFKL予測は、固定オーダー計算およびBFKLexのようなモンテカルロシミュレーションとどのように比較されるか？
• RQ5 観測量は、異なるPDFパラメータ化および高次の補正に対してどの程度感受性を示すか？

主な発見

• 3ジェット生成における$ R^{33}_{22} $比は、中央ジェットの横運動量に明確な依存性を示し、BFKLダイナミクスへの感受性を示している。
• 4ジェット生成では、$ R^{111}_{221} $および$ R^{112}_{111} $比がラピディティ分離$ Y $に強く依存しており、特に$ \sqrt{s} = 13 $ TeVで顕著である。
• 最小横運動量が$ k_{B,\rm min} = 35 $ GeVおよび50 GeVであるようなさまざまな運動量カットに対しても、比は安定していることが確認され、頑健性が裏付けられた。
• 中央ジェットの横運動量およびラピディティへの依存性は、排他的な多ジェット終状態におけるBFKL効果の識別に特徴的なシグナルを提供する。
• FortranおよびMathematicaによる独立した実装間で数値結果が一貫しており、計算フレームワークの妥当性が検証された。
• 本研究は、実験的検証への道筋を示し、将来のLHC解析がこれらの観測量を測定してBFKL領域の適用性を検証するよう促している。