[論文レビュー] High-energy resummation in semi-hard processes at the LHC

Francesco Giovanni Celiberto|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2017

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 155被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、LHCにおける半硬化過程における高エネルギー自己反復効果の包括的現象論的分析を、BFKLアプローチを用いて実施する。主な対象はミューラー＝ナヴェレット jets、二発粒子生成、および三ジェット最終状態である。偏角依存観測量に対する次-leading-logarithmic (NLA)補正を計算し、中程度のNLA補正と良好な摂動的安定性を示した。7 TeVから13 TeVにエネルギーを上昇させても結果の変化は最小限であり、LHCエネルギーにおける多ジェット最終状態におけるBFKLダイナミクスへの頑健な感受性を示している。

ABSTRACT

Semi-hard processes in the large COM energy limit offer us an exclusive chance to test the dynamics behind strong interactions in kinematical sectors so far unexplored. In the Regge limit, fixed-order calculations in pQCD based on collinear factorisation miss the effect of large energy logs, which are so large to compensate the small QCD coupling $α_s$ and must therefore be accounted for to all perturbative orders.. The BFKL approach represents the most powerful tool to resum to all orders these large logs both in the LLA and in the NLA. The inclusive hadroproduction of forward jets with high transverse momenta separated by a large rapidity interval at the LHC (Mueller--Navelet jets) has been one of the most studied reactions so far. Interesting observables associated to this process are the azimuthal correlations, showing a very good agreement with experimental data at the LHC. However, new BFKL-sensitive observables should be considered in the context of the LHC physics program. With the aim the to further and deeply probe the dynamics of QCD in the Regge limit, we give phenomenological predictions for four distinct semi-hard process. On one hand, we continue the analysis of reactions with two objects identified in the final state $(i)$ by addressing open problems in the Mueller--Navelet sector and $(ii)$ by studying the inclusive dihadron production in the full NLA BKFL accuracy. On the other hand, we show how inclusive multi-jet production processes allow us to define new, generalised and suitable BFKL observables, where transverse momenta and rapidities of the tagged jets, well separated in rapidity from each other, appear in new combinations. We give the first predictions for the inclusive three-jet production, encoding the effects of higher-order BFKL corrections. Then, making use of the same formalism, we present the first complete BFKL analysis for the four-jet production.

研究の動機と目的

• LHCにおける半硬化過程におけるBFKL自己反復に対する次-leading-logarithmic (NLA)補正の影響を調査すること。
• 偏角相関に敏感な現象論的観測量を通じて、高エネルギー陽子-陽子衝突におけるBFKLダイナミクスの適用可能性を検証すること。
• 運動的カット、スケール設定、および迅速度設定の変化に対するBFKL予測の安定性と信頼性を評価すること。
• 三ジェット生成においてBFKLダイナミクスに敏感で、摂動的に安定な新しい一般化された偏角比観測量（$R^{MN}_{PQ}$）を提案すること。
• BFKL予測と高エネルギーDGLAP発展を比較し、固定オーダーQCDにおける大きなエネルギー対数の重要性を評価すること。

提案手法

• 高エネルギー極限におけるエネルギー対数 $\ln s$ の大きな対数を自己反復するために、多レグジン・キンマティクスにおけるBFKL方程式を用いた。
• BFKLフレームワークにおける再結合スケール最適化のため、BLM（Brodl-Morales-Lipatov）スケール設定手順を適用した。
• パートン分布関数としてNLO MSTW 2008 PDFセットと、$\alpha_s(M_Z) = 0.11707$ を用いた二ループの運行結合定数を用いた。
• Vegas統合ルーチン（Cubaライブラリ）、Quadpack、および高次元の位相空間積分に特化した修正Psiルーチンを用いて数値計算を実施した。
• 三ジェット最終状態におけるBFKLダイナミクスを調べるため、部分的およびハドロン的レベルで新しい偏角比観測量 $R^{MN}_{PQ}$ を定義・計算した。
• 二つの運動的設定（固定中央ジェット迅速度と迅速度チャンクにわたる統合）を用いて、前方ジェットと中央ジェット間の横運動量階層を変化させながら結果を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 7 TeVおよび13 TeVにおける二ジェットおよび二発粒子の偏角相関に対するNLA補正は、BFKL予測にどのように影響を与えるか？
• RQ2 迅速度バイト効果およびスケール設定手順（BLM）は、二ジェット生成におけるBFKL予測の安定性にどの程度影響を与えるか？
• RQ3 三ジェット生成における新しい $R^{MN}_{PQ}$ 比は、迅速度およびエネルギースケールの変化にどのように応答するか？また、その摂動的安定性はいかがなものか？
• RQ4 NLA補正は、異なる迅速度および横運動量設定において、中程度かつ一貫していると評価できるか？
• RQ5 提案された観測量は、現在および過去のLHCデータにおいて、BFKLダイナミクスと標準的DGLAP発展を区別できるか？

主な発見

• NLA補正は、異なる迅速度および横運動量設定において中程度であり、良好な摂動的安定性を示した。
• $R^{MN}_{PQ}$ 比は、中心系エネルギーを7 TeVから13 TeVに上昇させても最小限の変化を示し、頑健さと本質的なBFKLダイナミクスへの感受性を示している。
• BLMスケール設定手順により安定な予測が得られ、特に二ジェット生成において迅速度バイト効果はスケールの選択に敏感であることが判明した。
• 数値的結果は、PDFセットによる不確実性が、高次のBFKL補正に比べて小さく抑えられることを確認しており、完全なNLA BFKL計算に注力する正当性を裏付けた。
• NLOジェット頂点とNLAグリーン関数の導入は、NLA精度での包括的現象論的解析に不可欠である。
• 提案された観測量、特に三ジェット生成におけるものについては、将来の実験的検証に適しており、LHCにおけるBFKLダイナミクスの探査に役立つ。