[論文レビュー] Phenomenology of jet physics in the BFKL formalism at NLO

Florian Schwennsen|ArXiv.org|Mar 19, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 89被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、高エネルギーQCDにおけるジェット物理学の次-leading order (NLO) BFKLフレームワークを構築し、$k_T$-因子化におけるジェット頂点を導入し、小-$x$ハドロン-ハドロン衝突におけるNLO非統合グルーオン密度を定義する。NLO BFKLグリーン関数に連続的補正の再結合を組み込み、ミューラー＝ナヴェレットジェットの角度的非相関を研究し、テバトロンおよびLHCのデータに対する素粒子的予測を提示する。さらに、実際の実験的カットを含めたディープインパルスジョン散乱におけるフォワードジェットへの応用を拡張する。

ABSTRACT

We study jet physics in the high energy regime of QCD. Based on the NLO BFKL equation, we construct a vertex for the production of a jet at central rapidity in k_T-factorization. A jet algorithm is introduced, and we take special care of the separation of multi-Regge and quasi-multi-Regge kinematics. The connection with the energy scale of the evolution is investigated in detail. The result is discussed for two situations: scattering of highly virtual photons, which requires a symmetric energy scale to separate the impact factors from the gluon Green's function, and hadron-hadron collisions, where a non-symmetric scale choice is needed. For the second case we are able to define a NLO unintegrated gluon density, valid in the small-x regime, and give the evolution equation for this density as well. In the second part, we examine the angular decorrelation of Mueller-Navelet jets. Using an operator formalism in the space of anomalous dimension and conformal spin, we implement the NLO BFKL Green's function to study the rapidity dependence of angular decorrelations. We incorporate the necessary summation of collinearly enhanced corrections beyond NLO accuracy. We compare our results with data from the Tevatron ppbar-collider and provide predictions for the LHC as well. We also extend our study to the angular decorrelation between a forward jets and the electron in deep inelastic ep scattering. The angular decorrelation has not been measured in DIS so far, but we give theoretical results for this observable which already implement the experimental cuts.

研究の動機と目的

• 高エネルギーQCDにおけるインクリューシブジェット生成に対して、$k_T$-因子化を用いたNLO BFKL形式主義を拡張すること。
• ハドロン-ハドロン衝突における小-$x$領域で有効なNLO非統合グルーオン密度を定義すること。
• 異常次元およびコンフォーマルスピン空間における演算子形式主義を用いて、NLO BFKLグリーン関数を実装し、角度的非相関の研究を行うこと。
• NLO精度を超える連続的補正の再結合を組み込み、より精度の高い素粒子的予測を得ること。
• ディープインパルジョン散乱におけるフォワードジェット生成にこのフレームワークを拡張し、理論的予測に実際の実験的カットを組み込むこと。

提案手法

• $k_T$-因子化形式主義において、一貫性のあるNLOジェット頂点を構築し、マルチレグジアンと準マルチレグジアンの運動学的分離を適切に行う。
• 小-$x$領域におけるNLO非統合グルーオン密度の発展方程式を導出する。この方程式はハドロン-ハドロン衝突に対して有効である。
• 異常次元およびコンフォーラルスピン空間における演算子形式主義を用いて、NLO BFKLグリーン関数を実装し、角度的非相関の研究に用いる。
• 核の極を扱い、複数の再結合スキーム（スキーム1、3、4を含む）を適用し、レノルマライゼーションスキームの変更にわたる安定性を向上させる。
• インパクト因子の寄与を組み込み、特に$\gamma^*\gamma^*$および$ep$散乱の場合にNLOを超える連続的補正を再結合する。
• 理論的予測において、まだ測定されていない観測量であっても、$ep$散乱におけるフォワードジェットに対して実験的カットを組み込む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高エネルギーQCDにおける中央ジェット生成において、$k_T$-因子化形式主義で一貫性のあるNLOジェット頂点をどのように構築できるか？
• RQ2 ハドロン-ハドロン衝突における小-$x$領域におけるNLO非統合グルーオン密度の形は何か？その発展方程式は？
• RQ3 NLO補正および連続的補正項の再結合が、ミューラー＝ナヴェレットジェットの角度的非相関の急速さ依存性に与える影響は？
• RQ4 テバトロンおよびLHCエネルギーにおける$pp$および$p\bar{p}$衝突における角度的非相関の素粒子的予測は何か？
• RQ5 実際の実験的カットを含めたディープインパルジョン$ep$散乱におけるフォワードジェットと散乱電子との間の角度的非相関を記述するため、このフレームワークをどのように拡張できるか？

主な発見

• NLO BFKLカーネルは$\gamma = 0, 1, -m/2, 1 + m/2$で極を示すが、特にスキーム3および4で再結合されることで除去され、安定で物理的に意味のあるカーネルとなる。
• $m=0$の場合、再結合されたカーネルは$\nu=0$で最大値を示すが、NLOカーネルは谷を示しており、$\gamma = 1/2$近辺で顕著なNLO補正が存在することを示唆している。
• 再結合カーネルはレノルマライゼーションスキーム（例：$\overline{\rm MS}$対GB）の変更に対しても安定であり、スキーム3および4が特に優れた安定性と信頼性を示している。
• インパクト因子の寄与を組み込むと、$d_{1,k}(m)$の係数が変化し、特に$m=0$および$m=2$の場合に顕著なシフトが生じる。具体的なシフトは式(B.21)および(B.22)に与えられている。
• このフレームワークは、テバトロンでのミューラー＝ナヴェレットジェットの角度的非相関データをうまく再現し、LHCの予測結果を提供している。
• まだ測定されていない観測量であっても、実験的カットを適用済みの理論的予測を$ep$散乱における角度的非相関について提示している。