[논문 리뷰] Deep Inelastic Scattering in the Dipole Picture at Next-to-Leading Order

H. Hänninen|arXiv (Cornell University)|2021. 12. 16.

High-Energy Particle Collisions Research인용 수 4

한 줄 요약

이 학위논문은 컬러 글래스 컨densate(CGC) 프레임워크 내에서 포함형 및 비탄성 깊은 비탄성 산란(inclusive and diffractive deep inelastic scattering)의 다음 주요 순서(NLO) 계산을 제시하며, 발전된 발진율 척도 일치를 통한 일관된 빠른 변화율 스케일 매칭을 통해 큰 로그 보정을 정밀하게 제어한다. Balitsky–Kovchegov(BK) 진화 방정식을 통해 이루어진다. HERA 데이터에 대한 최신 기술 수준의 도플러 진폭 초기 조건 피팅을 제공하여 고정밀 현상물리학을 가능하게 하며, 횡방향 및 종방향 비탄성 구조 함수에 대한 첫 번째 완전한 NLO 결과를 도출한다.

ABSTRACT

This thesis studies gluon saturation in hadronic matter at high energy by calculating next-to-leading order (NLO) corrections to inclusive and diffractive deep inelastic scattering cross sections in the Color Glass Condensate (CGC) effective field theory. We demonstrate that the large soft gluon logarithm is correctly factorized into the Balitsky-Kovchegov (BK) renormalization group equation by accurately connecting the NLO scattering kinematics to the rapidity scale of the dipole amplitude in the scattering. This brings the perturbative expansion under control and enables us to do precision comparisons between theory and data. We fit the initial condition of the BK evolution equation to HERA inclusive deep inelastic scattering data by combining the NLO accuracy inclusive cross sections with beyond leading order BK evolution prescriptions. This results in the state-of-the-art accuracy comparison between CGC theory and HERA data, and determination of the dipole amplitude initial shape which is a necessary input for all NLO CGC phenomenology. In this introductory part, the effect of the NLO BK equation on the fits is assessed, and an alternative form for the NLO loop correction to the inclusive cross sections is derived which enables the consistent setting of the dipole amplitude rapidity scale in the NLO corrections. Diffraction is studied in this thesis in the CGC formalism, and we calculate the tree-level $q \bar q g$ NLO contribution to the diffractive deep inelastic scattering structure functions where the $q \bar q g$ Fock state scatters off the target and becomes the diffractively produced system. This contribution has previously been known in the literature only in leading $\log(Q^2)$ accuracy valid at large $Q^2$, and only for the structure function $F^D_T$. The $q \bar q g$ contribution to both structure functions $F^D_T$ and $F^D_L$ are presented in full NLO accuracy.

연구 동기 및 목표

• 컬러 글래스 컨덴세이트(CGC) 효과 이론에서 포함형 및 비탄성 깊은 비탄성 산란(DIS)의 다음 주요 순서(NLO) 정확도를 달성하기 위해.
• 일관된 빠른 변화율 스케일 매칭을 통해 NLO 진화 방정식에 큰 부드러운 글루온 로그를 정확히 분리하여 페르투르바티브 전개를 제어하기 위해.
• NLO 단면적을 HERA 포함형 DIS 데이터에 피팅하여 도플러 진폭의 초기 조건을 결정하기 위해.
• CGC 형식론에서 $F_T^D$ 및 $F_L^D$ 비탄성 구조 함수에 대한 첫 번째 완전한 NLO 수준의 $q\bar{q}g$ 기여를 계산하기 위해.
• NLO BK 진화가 현상물리적 피팅에 미치는 영향을 평가하고, 다양한 재결합 방법의 일관성을 평가하기 위해.

제안 방법

• NLO DIS 루프 보정의 새로운 형태 유도로, NLO 보정에서 도플러 진폭의 빠른 변화율 스케일을 일관되게 설정할 수 있도록 한다.
• NLO 영향 인자 구현 및 주요 초월 주요 순서 보정을 포함한 강화된 BK 진화 방정식과의 조합.
• NLO 단면적과 NLO BK 진화를 사용하여 HERA 포함형 DIS 데이터에 도플러 진폭의 초기 조건을 피팅하기 위해.
• 비탄성 DIS 구조 함수에 대한 $q\bar{q}g$ 포크 상태 기여를 완전한 NLO 정확도로 해석적으로 계산하기 위해.
• H. Mäntysaari가 개발한 소프트웨어 구성 요소를 사용하여 수치적 구현 및 피팅 절차를 수행하기 위해.
• NLO BK 진화된 도플러 진폭을 데이터와 비교하여 BK 방정식에서 다양한 재결합 체계의 타당성을 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NLO에서 큰 부드러운 글루온 로그는 어떻게 일관된 방식으로 BK 진화 방정식에 분리될 수 있는가?
• RQ2 NLO 보정은 HERA 데이터에 대한 도플러 진폭 초기 조건 피팅에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 비탄성 DIS에 대한 $q\bar{q}g$ 기여는 $F_T^D$ 및 $F_L^D$ 양쪽 모두에서 완전한 NLO 정확도로 계산될 수 있는가?
• RQ4 다양한 NLO BK 방정식 재결합 체계는 HERA 데이터를 얼마나 잘 기술하는가?
• RQ5 NLO 보정에서 빠른 변화율 스케일 일관성이 도플러 진폭에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• NLO 운동학을 도플러 진폭의 빠른 변화율 스케일에 매칭함으로써 큰 부드러운 글루온 로그가 BK 방정식에 정확히 분리되며, 이는 페르투르바티브 전개를 제어할 수 있게 한다.
• NLO 단면적과 NLO BK 진화를 사용하여 복합 HERA 포함형 DIS 데이터에 피팅함으로써, 최신 기술 수준의 정확도로 도플러 진폭의 초기 형태가 결정된다.
• 세 가지 다른 NLO BK 진화 체계(재결합 접근법)는 HERA 데이터를 유사한 정도로 잘 기술하며, 향후 데이터가 이들 사이를 구분할 수 있을 것으로 예상된다.
• 비탄성 구조 함수 $F_T^D$ 및 $F_L^D$에 대한 $q\bar{q}g$ 기여의 첫 번째 완전한 NLO 계산이 달성되었으며, 이는 이전에 주로 로그($Q^2$) 정확도에 국한된 결과를 확장한 것이다.
• NLO BK 진화는 피팅에 측정 가능한 영향을 미치며, 단순한 데이터 비교에서 강화된 BK 방정식은 전체 NLO BK 진화를 합리적으로 근사한다.
• 결정된 도플러 진폭은 이미 독립형 생산 계산, 예를 들어 NLO 정확도의 종방향 극화된 무거운 벡터 메손 생성에 입력으로 사용되고 있다.