[論文レビュー] QCD and the Hadronic Final State in Deep Inelastic Scattering at HERA

M. Kuhlen|DESY (CERN, DESY, Fermilab, IHEP, and SLAC)|Dec 23, 1997

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

ひとこと要約

本論文は、HERAにおける深エネルギーシンチルスキャッタリングのハドロン最終状態について、QCDに基づく測定を用いてパートンのダイナミクスを解明し、αsを抽出し、グルーオン密度と非DGLAP進化を研究する包括的な分析を提示している。主な結果として、小xにおけるBFKLに類似した振る舞いの証拠、パワー補正の制約、およびジェットおよび charm 生成観測量を用いたQCDインスタントンの初検索が得られた。

ABSTRACT

The measurements of the hadronic final state in deep inelastic scattering at HERA are reviewed and discussed in the context of QCD. Covered are the general event properties in terms of energy flows, charged particle production, and charm and strangeness production. Quark fragmentation properties are studied in the Breit frame. Event shape measurements allow "power corrections" to be applied and the strong coupling alpha_s to be extracted. Other alpha_s measurements are based on dijet rates. Jet rates as well as charm production have been used to determine the gluon density in the proton. Indications have been found in the hadronic final state for unconventional, non-DGLAP evolution at small x, which could be explained with BFKL evolution. Signatures for QCD instanton effects are discussed and first search results are presented.

研究の動機と目的

• HERAにおける深エネルギーシンチルスキャッタリングのハドロン最終状態の構造を、QCDにインspiredされた分析を用いて理解すること。
• ジェットレート、ダイジェット断面積、イベント形状分布を用いて、強い結合定数αsを抽出すること。
• ジェットおよび charm 生成測定を用いて、陽子内のグルーオン密度を調べること。
• 小 Bjorken-x における DGLAP 進化からの逸脱を探索し、BFKLダイナミクスの可能性を示すこと。
• HERAにおける高エネルギーのハドロン最終状態において、QCDインスタントンのシグネチャーを調査すること。

提案手法

• 深エネルギーシンチルスキャッタリングイベントにおけるエネルギー流れ、荷電粒子多重度、およびフラバー特異的生成（charm および ストレンジネス）の分析。
• クォークフラグメンテーション関数およびジェット特性を調べるためのBreitフレームの使用。
• イベント形状変数の適用によりパワー補正を抽出し、QCDフィットを用いてαsを決定すること。
• 微小なQCD予測を用いて、摂動的QCDに基づくdi jet 確率の測定により、αsを独立に抽出すること。
• ジェットレートおよび charm 生成データをQCDモデルと比較し、陽子内のグルーオン分布を制約すること。
• 高多重度および高横断運動量最終状態のシグネチャーを通じて、非摂動的QCDインスタントン効果を探索すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 イベント形状およびジェットレートに関するHERAデータは、小xにおける標準的なDGLAP進化をどの程度支持するか？
• RQ2 小xにおけるハドロン最終状態に、BFKL型ダイナミクスの証拠は存在するか？
• RQ3 HERAにおけるdi jet およびジェットレート測定から、αsはどの程度高精度で抽出可能か？
• RQ4 charm およびジェット生成レートは、陽子内のグルーオン密度にどのような制約を課すか？
• RQ5 HERAにおける高エネルギー最終状態に、QCDインスタントンの観測可能なシグネチャーは存在するか？

主な発見

• 小xにおける非DGLAP進化の証拠が観測され、データにBFKLダイナミクスの可能性が示唆された。
• イベント形状およびdi jet レートの分析を用いて、強い結合定数αsが高精度で抽出された。
• ジェットレートおよびcharm 生成データは、陽子内のグルーオン密度に一貫した制約をもたらした。
• パワー補正がイベント形状分布に適切に適用され、αs抽出の精度が向上した。
• QCDインスタントン効果の初の実験的探索が行われ、顕著な信号は観測されなかったが、意味のある上限が設定された。
• ハドロン最終状態の性質は、QCDモデルによってよく記述されており、偏差は非摂動的または高次数の効果を示唆した。