[論文レビュー] Probing fragmentation functions from same-side hadron-jet momentum correlations in p-p collisions

François Arleo, J.Ph. Guillet+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 28, 2013

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、LHCにおけるp–p衝突における同じ側のハドロン・ジェット運動量相関について、次-leading order (NLO) 分析を提示する。これにより、ジェット内での包括的 charged hadron 動径分布が、既存の分岐関数 (FF) セットを区別できる高感度な観測量であることが示された。研究では、特にカイオンと陽子に関して、スケール不確実性をはるかに超える大きな差異が、異なるFFセットの予測において確認された。これは、特にグルーオン領域および大きな運動量分率 z において、このような測定がFFを顕著に制約可能であることを示している。

ABSTRACT

A next-to-leading order (NLO) analysis of hadron-jet momentum correlations in p-p collisions at the LHC is carried out. We show that the inclusive charged hadron momentum distributions inside jets is a very sensitive observable which allows one to disentangle among various fragmentation function sets presently available. Correlations with identified hadrons (kaons, protons) are investigated as well.

研究の動機と目的

• √s = 8 TeV におけるp–p衝突におけるハドロン・ジェット運動量相関が、異なる分岐関数 (FF) パラメータ化にどれほど感度を示すかを調査すること。
• ジェット内での包括的ハドロン運動量分布が、データ制約が限られる領域においても、FFを精密に制約する観測量として機能できるかを評価すること。
• 理論的不確実性が大きいとされる識別されたハドロン（カイオンと陽子）が、さまざまなFFセットに対して示す差異の判別力について評価すること。
• 理論的スケール不確実性の影響を定量的に評価し、それらを異なるFFセット間の差異と比較することで、今後のグローバルフィットにおけるこの観測量の可能性を確立すること。

提案手法

• JETPHOXモンテカルロプログラムを用いて、二重包含的ハドロン・ジェット生成のNLO微分QCD計算を実施する。
• CTEQ6.6の一部子分布関数を用い、k⊥アルゴリズム（R = 0.4）を用いてジェットを再構築する。
• 因子化および重規格化スケールをジェットの横運動量（M = μ = p⊥^jet）に比例させる。また、分岐関数における対数的項を再結合するために、MF = R·p⊥^jet を用いる。
• すべてのスケールを2倍に変化させることで理論的不確実性を推定し、結果はNLO精度で報告する。
• 5つのFFセット（AKK08、BFGW、DSS、HKNS、Kretzer）を用いた予測を比較し、z分布および平均z⟨zh⟩値に注目する。
• 相対的な差を明確にするために、分布をDSSセットに正規化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LHCにおけるp–p衝突における同じ側のハドロン・ジェット運動量相関は、既存のグローバルフィットをはるかに超える分岐関数の制約を提供できるか？
• RQ2 NLO精度において、主なFFセット（例：DSS、AKK08、HKNS）の間で、ジェット内でのハドロン運動量分布の予測にどのような差が生じるか？
• RQ3 識別されたハドロン（カイオンと陽子）が示す、FFセット間の差異は、理論的スケール不確実性をはるかに超える程度に顕著か？
• RQ4 ジェット内でのハドロンの平均運動量分率⟨zh⟩が、競合するFFパラメータ化を区別するための判別観測量として機能できるか？
• RQ5 高z領域において、理論的不確実性（スケール変動）と異なるFFセット間のばらつきは、どのように比較されるか？

主な発見

• ジェット内での包括的charged hadron 動径分布は、FFセット間で顕著な差を示し、⟨zh⟩はAKK08およびKretzerで0.44、DSSで0.52である。これは強力な判別能力を示している。
• カイオンに関しては、HKNSでは⟨zh⟩ = 0.57、DSSでは0.52、AKK08とKretzerではそれぞれ0.49および0.48であり、zh = 0.8で比 r ≈ 5 に達する。
• 陽子および反陽子の分布は極端に乖離している：DSSは⟨zh⟩ ≈ 0.6を予測するが、AKK08およびHKNSは⟨zh⟩ ≈ 0.45を予測する。高z領域ではDSSの予測が最大で10倍も大きい。
• 陽子の予測において、AKK08とDSSの比はzh ≈ 0.8でr ≈ 0.1に達し、DSSがAKK08およびHKNSよりもはるかに硬い分岐を予測していることを示している。
• FFセット間のばらつきは、特に高z領域で理論的スケール不確実性をはるかに上回っており、この観測量がグルーオンおよびクォークのFFにおける現在の曖昧さを解消できる可能性を示している。
• 特にグルーオン分岐（高z領域）において制約が不足している領域では、識別されたハドロン（特にカイオンと陽子）との相関が、最も感度の高いプローブとなる。