[論文レビュー] Jets in the forward region at the LHC

Michal Deák, F. Hautmann+2 more|ArXiv.org|Aug 13, 2009

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 12被引用数 21

ひとこと要約

本稿では、LHCにおけるフォワードジェット生成における大ラピディティおよび高横運動量の対数的QCD補正を再結合する高エネルギー因子化フレームワークを提案する。非統合部分子分布関数と再結合されたハード散乱振幅を組み込むことで、有限の横運動量 $k_T$ における複数のグルーオン放出に起因するコherency効果により、標準的な摂動的あるいは固定順序手法が失敗する大ラピディティ差のジェット相関についても、高精度な予測が可能になる。この手法は、高エネルギーおよび大 $ Delta y$ において顕著になる $k_T$-依存補正を捉え、フォワード物理学における改良されたモンテカルロイベントジェネレータの基盤を提供する。

ABSTRACT

We discuss jet production at forward rapidities at the LHC. In this region QCD logarithmic corrections in the hard transverse momentum and in the large rapidity interval may both be quantitatively significant. We describe results of using high-energy factorization techniques, which allow one to take into account both kinds of corrections to higher orders in QCD.

研究の動機と目的

• 高エネルギーおよび大ラピディティ差の状況において、固定順序法および部分子シャワー法がフォワードジェットデータを記述できない問題を解決すること。
• フォワードジェット生成における大ラピディティおよび高横運動量の対数的QCD補正を一貫して再結合する理論的枠組みを構築すること。
• 有限 $k_T$ における複数グルーオン放出に起因するコherency効果をハード散乱振幅および部分子分布関数に組み込むこと。
• 非統合部分子分布関数と再結合された行列要素を組み合わせることで、フォワードジェット最終状態の物理的に信頼できるシミュレーションを可能にすること。
• フォワード領域において高エネルギーおよび摂動的対数補正を含むモンテカルロジェネレータの基盤を構築すること。

提案手法

• 固定横運動量における高エネルギー因子化を用いてフォワードジェット生成を記述し、断面積を非統合部分子分布関数と再結合されたハード散乱振幅の畳み込みとして表現する。
• 初期状態における運動量依存性を考慮するため、非統合部分子分布関数 $\phi_{a/A}(\xi_1, \mathbf{k}_T)$ と $\phi_{g^*/B}(\xi_2, \mathbf{k}_T)$ を適用する。
• 高エネルギー極限で計算されたハード散乱核 $\hat{\sigma}$ を用いて、微分断面積 $d\sigma/dQ_T^2 d\varphi$ を導出する。この際、$k_T$-依存補正を含む。
• 一般化されたラダー展開を用いて高次の補正を扱い、高エネルギー領域に拡張することで、ラピディティおよび $Q_T$ の大きな対数を再結合する。
• 部分子分布関数およびハード散乱振幅の $k_T$-依存性を通じて、複数グルーオン放出に起因するコherency効果を組み込む。
• 再結合された行列要素を非統合レベルでの部分子シャワーに結合し、フラバー非シングレット進化にNLO補正を組み込むことを提案する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フォワードジェット生成において、大ラピディティ間隔および高横運動量の両方の対数補正を一貫して再結合する方法は何か？
• RQ2 有限横運動量 $k_T$ は、高エネルギー極限におけるハード散乱振幅および部分子分布関数にどのような影響を及ぼすか？
• RQ3 なぜ固定順序法および標準的部品シャワー生成器は、HERAおよび将来のLHC測定から得られるフォワードジェットデータを記述できないのか？
• RQ4 有限 $k_T$ における複数グルーオン放出に起因するコherency効果は、フォワード運動量領域における反動ジェット系の $k_T$ 分布にどのように影響を与えるか？
• RQ5 高エネルギー因子化フレームワークは、フラバー・シングレット進化および部分子飽和効果を含めるように拡張可能か？

主な発見

• ハード散乱振幅の $k_T$-依存性は、$k_T \sim Q_T$ で動的カットオフを導入するが、これは摂動的ブランチングモデルでは捉えられない。
• コherentlyな複数グルーオン放出は、ラピディティ差 $\Delta y$ が増加するに従い重要性を増す非無視可能な $k_T$-テイル効果を引き起こす。
• クォークチャンネルにおいて、$C_F^2$ および $C_A C_F$ の色構造は、LHCにおけるフォワードジェット生成にほぼ同等の寄与を示す。
• 有限-$k_T$ 補正は顕著であり、グルーオン放出のコherencyに起因して、短距離核 $\hat{\sigma}$ および長距離部分子分布 $\phi$ の両方から生じる。
• 高エネルギー因子化アプローチは、摂動的および大角度発散領域において断面積を適切に因子化でき、トレースの高次近似を超えた再結合を可能にする。
• このフレームワークは、部分子飽和効果を含めるために拡張可能であり、フォワードジェット環境における高密度QCD物質の研究に自然な設定を提供する。