[論文レビュー] The soft drop momentum sharing fraction $z_g$ beyond leading-logarithmic accuracy

Pedro Cal, Kyle Lee+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 79被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、ソフトドロップのモーメンタム共有係数 $z_g$ に対して、ソフトコリネント有効理論（SCET）における次-leading logarithmic（NLL′）因子化フレームワークを提示する。このフレームワークにより、非グローバル対数項（NGLs）を含む高精度な計算が可能となり、一部のクォークのスピンに依存する感度が明らかになった。結果は、ALICE、ATLAS、STARの実験データと優れた一致を示し、leading-logarithmic（LL）を超える精度での理論的不確実性の評価を初めて実現した。

ABSTRACT

Grooming techniques, such as soft drop, play a central role in reducing sensitivity of jets to e.g. underlying event and hadronization at current collider experiments. The momentum sharing fraction $z_g$, of the two branches in a jet that pass the soft drop condition, is one of the most important observables characterizing a collinear splitting inside the jet, and directly probes the QCD splitting functions. In this work, we present a factorization framework that enables a systematic calculation of the corresponding cross section beyond leading-logarithmic (LL) accuracy, showing that this measurement is not only sensitive to the QCD charge but also the spin of the parton that initiates the jet. Our results at next-to-leading logarithmic (NLL$'$) accuracy include non-global logarithms, and provide a first meaningful assessment of the perturbative uncertainty. We present a comparison to the available experimental data from ALICE, ATLAS, and STAR and find excellent agreement.

研究の動機と目的

• ソフトドロップのモーメンタム共有係数 $z_g$ に対して、leading-logarithmic（LL）を超える精度で制御された系統的因子化フレームワークを構築すること。
• 非グローバル対数項（NGLs）を含め、$z_g$分布における摂動的不確実性を評価すること。
• QCD荷電量を超えて、初期状態の一部のクォークのスピンに依存する $z_g $ の感度を明らかにすること。
• ALICE、ATLAS、STARの実験データと比較可能な高精度な理論予測を提供すること。
• 将来のより高精度な計算およびジェット内部構造の非摂動的補正を可能にするフレームワークの構築

提案手法

• ジェット内部構造の観測量としての $z_g$ と $\theta_g = R_g/R$ に微分する断面積を、共線因子化とSCETを用いて形式化すること。
• QCD分裂関数 $P_{ij}(z_g)$ を直接探査する一次摂動的ジェット関数 $\tilde{G}_i^{(1)}$ を導出すること。
• $\beta \geq 0$ の場合に、赤外・共線発散を制御するため、指数化されたソフト関数によるSudakov再結合を行うこと。
• ハード、ソフト、非グローバルモードのそれぞれに別々の発展を含むNLL′精度の因子化式（式5）を構築すること。
• すべての関数を共通のスケール $\mu$ に再スケーリングするために、正規化群方程式（RGEs）を用いて発展を記述すること。
• 非グローバル対数項（NGLs）を $S^{\text{NG}}_i(z_{\text{cut}})$ と $\tilde{S}'^{\text{NG}}_{i,k}$ を通じて含め、NLL′精度で明示的な再結合を実施すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ソフトドロップのモーメンタム共有係数 $z_g$ を、摂動的不確実性を制御しつつ、leading-logarithmic（LL）を超える精度でどのように計算できるか。
• RQ2 次に近い対数精度（NLL′）において、非グローバル対数項（NGLs）は $z_g$ 分布にどのように寄与するか。
• RQ3 $z_g$ は初期状態のクォークのスピンに感度を示すか。この感度は因子化フレームワークで捉えることができるか。
• RQ4 NLL′精度での理論的予測は、ALICE、ATLAS、STARの実験データとどの程度一致するか。
• RQ5 このフレームワークは、非摂動的効果やジェット内部構造の観測量における高次の補正を含めるために拡張可能か。

主な発見

• NLL′計算は非グローバル対数項を含み、$z_g$ 分布における摂動的不確実性の最初の意味のある評価を可能にした。
• 理論的結果は、さまざまなジェット運動学的条件とグルーミングパラメータにおいて、ALICE、ATLAS、STARの実験データと優れた一致を示した。
• $z_g$ はQCD荷電量に加え、初期クォークのスピンに依存する感度を示しており、この精度でその効果が初めて捉えられた。
• Sudakov抑制は $\beta \geq 0$ の場合に赤外・共線発散を適切に制御し、$z_g$ が計算可能かつSudakov安全な観測量であることを保証した。
• ハード、ソフト、非グローバルモードの別々の発展を含むNLL′精度の因子化式が構築され、高精度な再結合が可能になった。
• このフレームワークは、将来のより高精度な摂動的計算およびジェット内部構造における非摂動的効果の体系的取り扱いを可能にする。