[論文レビュー] The Unintegrated Gluon Density in the Photon and Heavy Quark Production

M. Hansson, H. Jung+1 more|ArXiv.org|Feb 2, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、$e^+e^-$および$γ\u03b3$衝突における重いクォーク生成断面積を計算するために、CASCADEモンテカルロ発生装置に組み込まれた、光子内の非統合的グルーオン密度の最初の完全なCCFM進化を提示する。この手法は、LEPのcharmデータとの一致を改善し、TESLAエネルギーにおける予測を提供するが、$b\bar{b}$断面積の不一致を完全には解消しない。

ABSTRACT

The production cross section of heavy quarks in real and virtual photon-photon collisions has been studied. The unintegrated gluon density in the photon was obtained using the full CCFM evolution equation for the first time. The gluon density was implemented in the Monte Carlo generator CASCADE, and cross sections for heavy quark production in $e^+e^-$ collisions were calculated and compared to LEP data. Also, predictions for heavy quark cross sections in $e^+e^-$ and $γγ$ collisions at TESLA energies are given.

研究の動機と目的

• 光子内の非統合的グルーオン密度を用いた$k_t$-因子化が、$γ\u03b3$衝突における観測された$b\bar{b}$断面積を説明できるかどうかを調査すること。
• 光子のグルーオン密度の完全CCFM進化方程式を実装し、従来の簡略化モデルの制限を克服すること。
• LEPデータと比較し、$e^+e^-$および$γ\u03b3$衝突における重いクォーク生成の予測をLEPとTESLAのエネルギーで行い、TESLAのための予報を提供すること。
• パラメータ（$\Lambda$、$\mu^2$、クォーク質量）に起因する断面積の不確実性を評価すること。

提案手法

• 完全なCCFM進化方程式を用いて、光子内の非統合的グルーオン密度を決定し、以前の近似を置き換えた。
• CCFMで進化させたグルーオン密度を、パートンレベルのシミュレーション用にCASCADEモンテカルロ発生装置に実装した。
• $k_t$-因子化を適用して、パートンの横運動量依存性を含め、非オンシェル初期状態を可能にした。
• LEPおよびTESLAエネルギーにおける$e^+e^-$および$γ\u03b3$衝突における$c\bar{c}$および$b\bar{b}$生成の断面積を計算した。
• 理論的不確実性を推定するために、主要パラメータ（$\Lambda$、$\mu^2$、クォーク質量、入力分布）を変化させた。
• 不確実性解析のための範囲をテストするために、$m_c = 1.5$ GeVおよび$m_b = 4.75$ GeVを標準値として使用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光子の非統合的グルーオン密度の完全CCFM進化は、$γ\u03b3$衝突における$b\bar{b}$生成の記述を改善できるか？
• RQ2 CCFMで進化させたグルーオン密度を用いた$k_t$-因子化アプローチは、LEPにおける重いクォーク生成について、標準的な共線DGLAP予測と比べてどのように異なるか？
• RQ3 $\Lambda$、$\mu^2$、クォーク質量の不確実性が、予測された断面積にどの程度の影響を与えるか？
• RQ4 TESLAエネルギーにおける$e^+e^-$および$γ\u03b3$衝突における$c\bar{c}$および$b\bar{b}$生成の期待される断面積は何か？

主な発見

• 光子の非統合的グルーオン密度の完全CCFM進化が、初めて実装された。これは、従来の簡略化された近似の置き換えである。
• CCFMアプローチは、標準的な共線DGLAP予測と比較して、LEPのcharmデータとの一致をわずかに改善したが、その改善は限定的であった。
• ベータクォーク生成に関しては、CCFMアプローチがDGLAPよりわずかに優れていたが、依然としてLEPで観測された$b\bar{b}$断面積の不一致を完全に解消できなかった。
• 断面積の最大の不確実性源は、重いクォーク質量の変動であり、$m_b$は4.5から5 GeV、$m_c$は1.3から1.7 GeVの範囲で変化させた。
• $\Lambda$を0.2から0.34 GeVに変化させた場合、断面積に最も大きな変動が生じた。$\mu^2$およびグルーオン密度の入力の変更は、より小さな影響しか与えなかった。
• TESLAエネルギーにおける$e^+e^-$および$γ\u03b3$衝突における$c\bar{c}$および$b\bar{b}$生成の断面積についての予測を提供し、将来の実験のベンチマークを提供した。