[論文レビュー] Instantons in Deep-Inelastic Scattering

A. Ringwald, F. Schrempp|ArXiv.org|Jun 19, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、HERAにおける深エネルギーシンチレーション散乱（DIS）におけるインスタントン誘導過程の理論的不確実性を評価し、格子QCDデータを用いてインスタントンサイズと間隔を制約する。$ Q'^\prime/\Lambda_{\overline{MS}} \gtrsim 30.8 $ および $ x^\prime \gtrsim 0.35 $ の信頼できるカットを確立し、予測される $ I $-誘導断面積は $ 29^{+10}_{-7.5} $ pb である。この値は $ \Lambda_{\overline{MS}} $ に強く依存しており、H1実験の探索において重要である。

ABSTRACT

In view of the new (preliminary) search results for instanton-induced events at HERA from the H1 collaboration, we present a brief discussion of (controllable) theoretical uncertainties, both in the event topology and the calculated rate.

研究の動機と目的

• HERAにおけるインスタントン誘導イベントの制御可能な理論的不確実性を評価すること。
• 格子QCDの制約に基づいて $ I $-誘導過程の信頼できる運動量領域カットを決定すること。
• $ \Lambda_{\overline{MS}} $ に依存する $ I $-誘導断面積の依存性を定量化し、実験的観測量に与える影響を評価すること。
• イベントトポロジーと率の予測のための堅牢な理論的枠組みを提供することで、H1実験の探索を支援すること。

提案手法

• 格子QCDシミュレーションを用いて、インスタントンサイズ $ \rho \leq 0.35 \pm 0.05 $ fm および間隔 $ R/\rho \geq 1.1 \pm 0.05 $ を制約し、インスタントン-摂動理論の適用可能性を検証する。
• 鞍点関係を適用して、格子制約を $ I $-過程における最小カット $ Q'^\prime/\Lambda_{\overline{MS}} \gtrsim 30.8 $ および $ x^\prime \gtrsim 0.35 $ に翻訳する。
• モンテカルロ生成器 QCDINS 2.0 を用いて $ I $-誘導DISイベントをシミュレートし、さまざまなカット条件下での最終状態観測量を検討する。
• 全率を一定に保ちながら、許容可能な $ (Q'^\prime_{\rm min}/\Lambda_{\overline{MS}}, x^\prime_{\rm min}) $ 領域における経路依存解析を実施し、観測量分布の変化を評価する。
• $ \Lambda_{\overline{MS}} $ に依存する $ I $-誘導断面積の感度を、PDG '96 および '98 の更新済み $ \alpha_s $ 値を用いて定量化する。
• 理論的予測をH1実験の観測量（$ Q'^{\prime 2}_{\rm rec} $、$ E_t^b $、$ E_t^{\rm jet} $）と比較し、カット条件の変化に対する耐性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HERAにおけるDISにおけるインスタントン誘導イベントのトポロジーと率に関する理論的に制御可能な不確実性は何か？
• RQ2 インスタントンサイズおよび間隔に関する格子QCDの制約は、$ I $-誘導過程の信頼できる運動量領域カットにどのように翻訳されるか？
• RQ3 予測される $ I $-誘導断面積は $ \Lambda_{\overline{MS}} $ の変化に対してどの程度感度を示し、その結果として観測量分布にどのような影響を与えるか？
• RQ4 最小カット $ Q'^\prime_{\rm min}/\Lambda_{\overline{MS}} $ および $ x^\prime_{\rm min} $ の変化が、H1解析で用いられる主要な最終状態観測量の形状にどのように影響するか？
• RQ5 $ x^\prime $ の直接的な実験的再構成ができない場合、理論的予測との比較にどの程度影響を与えるか？

主な発見

• 格子QCDデータにより検証されたように、インスタントンサイズ $ \rho \leq 0.35 \pm 0.05 $ fm および間隔 $ R/\rho \geq 1.1 \pm 0.05 $ のインスタントンに対して、インスタントン-摂動理論は定量的に信頼できる。
• 格子制約を一対一で鞍点関係に翻訳することで、最小カット $ Q'^\prime/\Lambda_{\overline{MS}} \gtrsim 30.8 $ および $ x^\prime \gtrsim 0.35 $ が得られ、これはQCDINS 2.0のデフォルトとして採用されている。
• HERAにおける $ I $-誘導断面積は $ \Lambda_{\overline{MS}} $ に強く依存しており、PDG '98 の $ \alpha_s $ 値に基づく予測は $ 29^{+10}_{-7.5} $ pb であるが、PDG '96 の値を用いると $ 126^{+300}_{-100} $ pb にまで上昇する。
• 一定の $ I $-誘導率を維持した場合、$ x^\prime_{\rm min} $ を増加させると、$ Q'^{\prime 2}_{\rm rec} $ および $ E_t^b $ の平均値が著しく小さくなる傾向を示し、カット選択の感度が顕著に現れる。
• $ x^\prime $ の再構成が欠落している場合でも、$ I $-効果は $ x^\prime \lesssim 0.35 $（対応する $ R/\rho \lesssim 1.1 $）で強く抑制されているため、$ I $-誘導率は頑健である。
• 理論的不確実性は $ \sigma^{(I)}_{\rm HERA} $ の大部分を $ \Lambda_{\overline{MS}} $ が占めており、更新された $ \alpha_s $ 値を用いることで断面積は顕著に減少する。