[論文レビュー] Photoproduction of isolated photon and jet at the DESY HERA

Andrzej Zembrzuski, Maria Krawczyk|ArXiv.org|Sep 26, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、HERAにおけるep衝突における孤立光子および孤立光子＋ジェットの光生成反応について、小さな円錐近似に依存しない次-leading order (NLO) QCD計算を提示する。研究では、孤立光子生成に対して、新しい正確な計算と従来の近似との間にわずかな差（2%未満）が見られ、光子＋ジェット最終状態に対しては改良されたNLO予測が得られ、予備のH1データおよびFontannazらの結果と詳細な比較が行われた。

ABSTRACT

The next-to-leading order (NLO) QCD calculation for the isolated photon and isolated photon plus jet photoproduction at the ep collider DESY HERA is presented. The predictions for the isolated photon with no restrictions imposed on the jet are compared with the previous ones obtained in the small cone approximation, and the differences are found to be below 2%. The theoretical uncertainties in the cross section of the photoproduction of the photon plus jet are discussed. A short comparison with the new preliminary H1 data and with the NLO predictions of Fontannaz et al. is also presented.

研究の動機と目的

• HERAにおけるep衝突における孤立光子および孤立光子＋ジェットの光生成反応について、次-leading order (NLO) QCD計算を提供すること。
• 相空間における分離条件の正確な計算により、従来の研究で用いられた小さな円錐近似を排除すること。
• 光子＋ジェット光生成反応の断面積における理論的不確実性を評価すること。
• 新しいNLO予測を予備のH1実験データおよびFontannazらの結果と比較すること。
• パートンに内在する横運動量の役割を検討し、それがプロトン内の固有の運動ではなく、高次の発光効果としてより適切に記述されることを結論づけること。

提案手法

• 計算は、過程 ep → eγX および ep → eγjetX に対して、すべての関連する部分子過程（γq → γq、γg → γg、および解決光子寄贡）を含む完全なNLO QCDフレームワークを用いる。
• 分離は、光子回りの固定されたR円錐内でのハドロン的エネルギーに基づく円錐型カットにより実装され、パートンと光子との共線性を仮定しない。
• 三体相空間は、衝突的および軟核特異性を取り扱うために5つの領域に分割され、発散を分離するために次元正則化が用いられる。
• 光子のパートン分布関数 (PDF) は、電磁的起源に基づきO(α)として扱われ、他のNLO手法とは異なる図式の集合が得られる。
• 断面積は、共線領域（2～4）におけるQCD補正の解析的式を用いて計算され、分裂関数PおよびQCD頂点から導かれる行列要素の二乗表現が用いられる。
• 数値的結果は、パートンの運動量分率xの積分と標準的なPDFセットを用いて得られ、理論的不確実性を評価するためのスケール依存性が分析される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 小さな円錐近似を排除した場合、孤立光子生成反応のNLO予測はどのように変化するか？
• RQ2 特にスケールおよびPDFの変動に関連して、ep → eγjetX のNLO断面積における理論的不確実性の大きさはどの程度か？
• RQ3 新しいNLO予測は、孤立光子＋ジェット生成反応について予備のH1データとどの程度一致するか？
• RQ4 高光子ラピディティ領域で観測されるNLO予測とデータの乖離は、正確な分離処理を用いた場合にも依然として残るか？
• RQ5 観測される有効な内在的横運動量は、プロトン内に内在するパートン運動量によるものか、それとも高次のQCD効果によるものか、どちらがより適切な説明か？

主な発見

• 孤立光子生成に対して、正確なNLO計算と小さな円錐近似との差は2%未満であり、この過程では近似が妥当であることが示された。
• ep → eγjetX のNLO予測は、因子化および重正化スケールの選択に強く依存しており、ほとんどの運動量領域で理論的不確実性が±10%の範囲に収まっていることが推定された。
• 新しいNLO結果は、従来のNLO計算と比較して予備のH1データとの一致が向上しており、特にηγ > 0.6およびxγ < 0.5の領域で顕著であるが、依然として若干の乖離が残存している。
• データを説明するためにプロトン内の内在的横運動量を導入する必要はなく、観測される有効なkT ≈ 1.69 GeVは、高次のQCD放射または複数の相互作用の効果としてより適切に説明できることが判明した。
• 解決光子寄贡の取り入れと、光子PDFをO(α)として適切に扱うことで、他のNLOフレームワークと比較して断面積にやや顕著な数値的差が生じた。
• 共線領域（2～4）におけるQCD補正の解析的式は、小θcutおよびRcutの極限をとることで導出され、特異性の正確な数値的評価と、実発光とのキャンセルが可能になった。