[論文レビュー] Jet fragmentation in e^+e^- annihilation

O. Biebel, Paolo Nason+1 more|ArXiv.org|Sep 28, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、e⁺e⁻消滅におけるジェット断片化について、断片化関数、スケーリング違反、DGLAP方程式によるパートン進化を焦点として、理論的かつ実験的レビューを包括的に行っている。QCD補正および重いクォーク効果（特にbおよびcクォークの断片化）がエネルギー分布に与える影響を定量的に評価し、実験データはZ崩壊におけるcharmの多重度が3.10%であると示しており、理論的予測が下位のクォーク質量または高いΛ¯MS値を好むのとやや一致しない。

ABSTRACT

A short review of theoretical and experimental results on fragmentation in e^+e^- annihilation is presented. Starting with an introduction of the concept of fragmentation functions in e^+e^- annihilation, aspects of scaling violation, multiplicities, small and large x, longitudinal, gluon, light and heavy quark fragmentation are summarized.

研究の動機と目的

• e⁺e⁻消滅における断片化関数の理論的枠組みをレビューし、ハドロンエネルギー分布を記述する役割に焦点を当てる。
• DGLAP方程式とミンリン変換を用いて、QCD進化に起因する断片化関数のスケーリング違反を分析する。
• 特にbおよびcクォークの断片化が、最終状態ハドロン分布に与える影響を調査する。
• LEPおよびSLDからの実験的測定と照らし合わせて、グルーオンがb̄bおよびc̄c対に分裂する理論的予測を検証する。
• 直接生成されたハドロンと重いメソン崩壊（例：B*, B**）からのものとの区別により、断片化関数の定義に関する曖昧さを解消する。

提案手法

• パートン断片化関数のスケール依存性をモデル化するためにDGLAP進化方程式を用い、運動量の流れを支配する分裂関数Pji(z, αS)を導入する。
• DGLAP方程式を解くためにミンリン変換を適用し、異常次元およびスケーリング違反の解析的取り扱いを可能にする。
• 部分子レベルの断片化とハドロン最終状態を結びつけるための係数関数Ci(s; z, αS)を用い、電弱結合およびQCD補正を組み込む。
• 直接生成されたハドロン（D(d)B|B*|B**）および崩壊寄与を含むもの（DB）の断片化関数定義を導入し、δ関数の畳み込みを用いて崩壊運動学をモデル化する。
• OPAL、ALEPH、DELPHI、SLDからの実験データと照らし合わせて、g → c̄cおよびg → b̄b分岐分率の理論的予測を比較し、モンテカルロモデルを用いて妥当性を検証する。
• 非累乗則的スケーリング違反をモデル化するために、運用力αS(t)を用い、固定結合近似よりも精度を向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QCD補正はe⁺e⁻断片化関数にどのようにスケーリング違反を引き起こし、DGLAP方程式によってどのように記述されるか？
• RQ2 グルーオンがb̄bおよびc̄c対に分裂する寄与は、Z崩壊における観測されたハドロン多重度にどのように寄与しているか？
• RQ3 B*およびB**メソンからの崩壊生成物を含めた場合と直接生成の場合とで、重クォーク（b, c）の断片化関数はどのように異なるか？
• RQ4 Z崩壊における測定されたcharm多重度が理論的予測を上回っている理由は何か？また、実験的カットはこの不一致にどのような役割を果たしているか？
• RQ5 HERWIG、JETSET、ARIADNEなどのモンテカルロモデルは、観測された断片化パターンおよびグルーオン分裂率をどの程度再現しているか？

主な発見

• Z崩壊における平均charm多重度は3.10% ± 0.34%に測定されており、理論的予測より1–2標準偏差分高い。これは、下位の charm クォーク質量または高い Λ¯MS 値を好む傾向を示唆している。
• 理論的予測では、g → c̄c分岐分率はΛ¯MSに応じて1.35%から1.85%の範囲にあり、OPALとALEPHの実験的測定値（それぞれ3.20%および2.65%）はこれより高い。
• bottomクォークに関しては、g → b̄b分岐分率の理論的予測（0.20–0.26%）は、DELPHI（0.21%）およびSLD（0.307%）の実験的測定値とよく一致している。
• モンテカルロモデルの結果はばらつきを示す：ARIADNEはcharm生成を2倍に過剰に予測しているが、HERWIGとJETSETは理論的計算と良好に一致している。
• Bメソンの断片化関数は、B*およびB**状態からの崩壊寄与を補正すると顕著に硬くなる。⟨xB|B*⟩ = 0.718および⟨xB|B**⟩ = 0.728であり、包括的B生成の⟨xB⟩ = 0.714よりも高い。
• 本研究は、QCD進化が小x領域におけるソフト重クォーク生成を強化すること、およびグルーオンが重クォーク対に分裂することは、高エネルギー領域におけるハドロン多重度に無視できない寄与をしていることを確認した。