[論文レビュー] Multiple parton radiation in hadroproduction at lepton-hadron colliders

Pavel Nadolsky|ArXiv.org|Aug 10, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、レプトン-陽子衝突型における半包含的深エネルギーシンチレーション散乱（SIDIS）におけるコherentなパートン放射を扱うために、$b$-空間の再結合形式を展開した。この形式により、固定順数QCD予測を歪める大きな対数補正が解消される。この手法はエネルギー流れおよび横運動量分布をうまく記述でき、HERAのデータと良好な一致を示し、パートンダイナミクスにおける因子分解とクロージング対称性の独自の検証場を提供する。

ABSTRACT

I discuss the impact of the the coherent parton radiation on semi-inclusive production of hadrons in deep inelastic scattering at lepton-proton colliders. Such radiation can be consistently described in the $b$-space resummation formalism, which was originally developed to improve theoretical description of production of hadrons at $e^+e^-$ colliders and electroweak vector bosons at hadron-hadron colliders. I present the detailed derivation of the resummed cross section and the energy flow at the next-to-leading order of perturbative QCD. The theoretical results are compared to the experimental data measured at the $ep$ collider HERA. I argue that semi-inclusive deep inelastic scattering (SIDIS) at lepton-hadron colliders offers exceptional opportunities to study coherent parton radiation, which are not available yet at colliders of other types.

研究の動機と目的

• ハドロン生成におけるコherentなパートン放射に起因する大規模な対数補正が、摂動的QCD因子分解を破壊する理由を解消すること。
• 従来$e^+e^-$およびハドロン-ハドロン衝突で用いられてきた$ b $-空間再結合形式を、レプトン-陽子衝突における半包含的深エネルギーシンチレーション散乱（SIDIS）に拡張すること。
• ソフト-コヒーレント放射効果を考慮した次-leading-order（NLO）再結合断面積およびエネルギー流れの記述を提供すること。
• 小$ x $領域における因子分解の妥当性を検証し、SIDIS、$ e^+e^- $、Drell-Yan過程の間の潜在的なクロージング対称性関係を探ること。
• HERA ep衝突器からの実験的データと理論的予測を比較し、固定順数QCDが失敗する運動量領域で再結合フレームワークの妥当性を検証すること。

提案手法

• ソフトおよびコヒーレントなパートン放射に起因する大きな対数項（$ \ln^n(\mu^2/Q^2) $）を体系的に再結合するために$ b $-空間再結合形式を用いる。
• フーリエ・ベッセル変換を用いて$ b $-空間における再結合断面積を導出し、横運動量特異性に起因する$ \delta(\vec{q}_T) $および$[\cdot]_+ $分布を組み込む。
• $ q_T \to 0 $極限における発散積分を正則化するための''+''-規定を適用し、赤外安全性および因子分解の一貫性を保証する。
• 再結合構造関数$ F_\delta(x,z,Q,\mu) $および正則化された$ F_+(x,z,Q,q_T,\mu) $を構築し、NLOにおけるPDF、FF、係数関数を組み合わせる。
• 低$ q_T $領域の$ q_T^2 $の積分を、ベッセル関数の恒等式を用いて実行し、物理的断面積を回復する。
• 再結合断面積をHERAデータと比較することで結果を検証し、SIDISにおけるエネルギー流れおよび角度分布に注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 レプトン-ハドロン衝突における半包含的深エネルギーシンチレーション散乱（SIDIS）において、コherentなパートン放射が固定順数QCD予測にどのように歪みをもたらすか？
• RQ2 $ b $-空間再結合形式は、小$ x $および低$ q_T $領域において、SIDISに一貫して適用可能であり、予測力の回復を可能にするか？
• RQ3 再結合断面積は、HERA実験データのエネルギー流れおよび横運動量分布とどの程度一致するか？
• RQ4 SIDISは、小$ x $におけるハード散乱およびコヒーレントなダイナミクスの因子分解にどのような洞察を提供するか？
• RQ5 本形式が示唆するように、SIDIS、$ e^+e^- $、およびDrell-Yan過程におけるコherent放射パターンの間には、クロージング対称性関係が存在するか？

主な発見

• $ b $-空間再結合形式は、$ q_T \to 0 $極限における大きな対数補正をうまく扱い、SIDIS断面積の理論的予測を改善した。
• 再結合断面積は、形式の有効領域内、特に低$ q_T $および小$ x $領域でHERAデータと良好な一致を示した。
• 関数$ F_\delta(x,z,Q,\mu) $は、$ q_T = 0 $における主要項および発展項を捉えており、$ \mu $から$ Q $までのスケール間でのPDFおよびFFの発展を含む。
• $ F_+(x,z,Q,q_T,\mu) $項は、正則化されたNLO寄与を提供し、明示的な$[Q^2/q_T^2]_+ $および$ \ln^2(Q^2/q_T^2) $項を含む。
• $ q_T $の区間$ 0 \leq q_T^2 \leq (q_T^S)^2 $における積分は、式（3.79–3.81）と整合する有限な結果をもたらし、正則化手順の妥当性を確認した。
• この手法により、エネルギー流れおよび横運動量分布の一貫した記述が可能となり、QCDにおける因子分解と双対性の検証の独自の機会を提供する。