[논문 리뷰] High energy effects in multi-jet production at LHC

F. Caporale, Francesco Giovanni Celiberto외 4명|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 15.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 20인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 3- 및 4-jet 생성에서 BFKL 역학을 다중-레지오 키네타마틱스에서 탐색하기 위해 일반화된 애자이멀 각도 상관비를 제안한다. BFKL-재정렬된 진폭과 콘볼루션된 그린 함수를 통해 중심 제트의 횡방향 운동량 및 빠르기 의존성을 분석함으로써, 연구는 이러한 의존성을 BFKL 효과의 명백한 신호로 규명하였으며, 고에너지에서의 실험적 검증을 위한 새로운 강력한 관측량을 제공한다.

ABSTRACT

We study differential cross sections for the production of three and four jets in multi-Regge kinematics, the main interest lying on azimuthal angle dependences. The theoretical setup is the jet production from a single BFKL ladder with a convolution of two/three BFKL Green functions, where two forward/backward jets are always tagged in the final state. Furthermore, we require the tagging of one/two further jets in more central regions of the detectors with a relative separation in rapidity. We found, as result, that the dependence on transverse momenta and rapidities of the central jets can be considered as a distinct signal of the onset of BFKL dynamics.

연구 동기 및 목표

• 표준 Mülle-Navelet 설정을 초월하여 LHC 에너지에서 다중 제트 생성에서 배제적이고 BFKL에 민감한 관측량을 규명하기 위해.
• 비율 기반 관측량을 통해 동형 대칭 스핀-0 기여를 제거하여 열린 콘티누이티 오염을 줄이기 위해.
• 현재 및 향후 LHC 실험적 절단 조건과 운동량 조건과 호환되는 현상학적으로 타당한 예측을 제공하기 위해.
• 고차항 보정 및 다양한 PDF 세트를 사용하여 BFKL 예측의 안정성과 민감도를 테스트하기 위해.
• 실험 협력체가 이 관측량을 측정하여 BFKL 접근법의 적용 영역을 검증하도록 장려하기 위해.

제안 방법

• 단일 BFKL 래더와 두 개 또는 세 개의 BFKL 그린 함수의 콘볼루션을 포함한 다중-레지오 키네타마틱스에서의 미분 단면적을 사용한다.
• 애자이멀 상관 함수는 Eq. (1)에 표현된 바와 같이 제트들 간의 상대 애자이멀 각도余弦의 곱에 대한 각도 적분을 통해 정의된다.
• 빠르기 및 횡방향 운동량에 대한 운동량 절단 조건을 적용하며, 전방/후방 제트는 태깅되고 중심 제트는 중간 빠르기 영역에 위치한다. 이는 Eq. (2)에 수식화되어 있다.
• Eq. (3)에 정의된 바와 같이 비율 기반 관측량 $ R^{M_1\cdots M_{n-1}}_{N_1\cdots N_{n-1}} $ 이 도입되어 동형 기여를 상쇄시키고 안정성을 향상시킨다.
• 수치 계산은 NLO MSTW 2008 PDFs, 이중 루프 실행 $ \alpha_s $, 그리고 Fortran과 Mathematica 내부의 통합 루틴(Vegas, Quadpack)을 사용하여 상호 검증하였다.
• 분석은 $ \sqrt{s} = 7 $ 및 $ 13 $ TeV에서 3- 및 4-jet 최종 상태에 대해 $ R^{33}_{22} $, $ R^{111}_{221} $, 및 $ R^{112}_{111} $ 비율에 집중한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 중심 제트의 횡방향 운동량 및 빠르기 의존성은 다중 제트 생성에서 BFKL 역학의 명백한 신호로 작용할 수 있는가?
• RQ2 기본 Mülle-Navelet 관측량과 비교해 애자이멀 상관 비율은 안정성 향상과 열린 콘티누이티 오염 감소에 어떻게 기여하는가?
• RQ3 최소 횡방향 운동량 및 빠르기 간격과 같은 운동량 절단 조건에 따라 예측된 비율이 어느 정도 의존하는가?
• RQ4 BFKL 예측의 3- 및 4-jet 비율은 고정 순서 계산 및 BFKLex와 같은 몬테카를로 시뮬레이션과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 다른 PDF 매개변수화 및 고차항 보정에 대해 이 관측량의 민감도는 어떠한가?

주요 결과

• $ R^{33}_{22} $ 비율은 3-jet 생성에서 중심 제트의 횡방향 운동량에 명백한 의존성을 보이며, BFKL 역학에의 민감성을 시사한다.
• 4-jet 생성에서는 $ R^{111}_{221} $ 및 $ R^{112}_{111} $ 비율이 특히 $ \sqrt{s} = 13 $ TeV에서 빠르기 간격 $ Y $ 에 따라 강하게 변동함을 보였다.
• 최소 횡방향 운동량 35 GeV 및 50 GeV와 같은 다양한 운동량 절단 조건에서도 비율이 안정함을 확인하여 강건성을 입증하였다.
• 중심 제트의 횡방향 운동량 및 빠르기 의존성은 배제적 다중 제트 최종 상태에서 BFKL 효과를 식별하는 고유한 서명으로 기능한다.
• Fortran과 Mathematica에서 독립적으로 구현된 결과가 일치하여 계산 프레임워크의 타당성을 검증하였다.
• 연구는 실험적 검증을 위한 길을 제시하였으며, 향후 LHC 분석에서 이 관측량을 측정하여 BFKL 영역의 적용 가능성을 검증할 것을 촉구한다.