[논문 리뷰] High-energy resummation in semi-hard processes at the LHC

Francesco Giovanni Celiberto|arXiv (Cornell University)|2017. 07. 13.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 155인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서의 반경량 과정에서 고에너지 재결합 효과에 대한 광범위한 현상학적 분석을 제시하며, BFKL 접근법을 사용하여 멈추지 않는 제트, 이이온 생성 및 세 제트 최종 상태에 초점을 맞춘다. 이는 애자이마탈 각도에 의존하는 관측량에 대한 다음 최고 로그(Next-to-Leading-Logarithmic, NLA) 보정을 계산하여 중간 정도의 NLA 보정과 양호한 섭동 안정성을 보이며, 7에서 13 TeV로 에너지가 증가할 때 결과에 거의 변화가 없음을 보여주어 LHC 에너지에서 다중 제트 최종 상태에서 BFKL 역학에 대한 강건한 민감도를 시사한다.

ABSTRACT

Semi-hard processes in the large COM energy limit offer us an exclusive chance to test the dynamics behind strong interactions in kinematical sectors so far unexplored. In the Regge limit, fixed-order calculations in pQCD based on collinear factorisation miss the effect of large energy logs, which are so large to compensate the small QCD coupling $α_s$ and must therefore be accounted for to all perturbative orders.. The BFKL approach represents the most powerful tool to resum to all orders these large logs both in the LLA and in the NLA. The inclusive hadroproduction of forward jets with high transverse momenta separated by a large rapidity interval at the LHC (Mueller--Navelet jets) has been one of the most studied reactions so far. Interesting observables associated to this process are the azimuthal correlations, showing a very good agreement with experimental data at the LHC. However, new BFKL-sensitive observables should be considered in the context of the LHC physics program. With the aim the to further and deeply probe the dynamics of QCD in the Regge limit, we give phenomenological predictions for four distinct semi-hard process. On one hand, we continue the analysis of reactions with two objects identified in the final state $(i)$ by addressing open problems in the Mueller--Navelet sector and $(ii)$ by studying the inclusive dihadron production in the full NLA BKFL accuracy. On the other hand, we show how inclusive multi-jet production processes allow us to define new, generalised and suitable BFKL observables, where transverse momenta and rapidities of the tagged jets, well separated in rapidity from each other, appear in new combinations. We give the first predictions for the inclusive three-jet production, encoding the effects of higher-order BFKL corrections. Then, making use of the same formalism, we present the first complete BFKL analysis for the four-jet production.

연구 동기 및 목표

• LHC에서의 반경량 과정에서 BFKL 재결합에 대한 다음 최고 로그(NLA) 보정의 영향을 조사하는 것.
• 애자이마탈 상관관계에 민감한 현상학적 관측량을 통해 고에너지 양성자-양성자 충돌에서 BFKL 역학의 적용 가능성을 시험하는 것.
• 다양한 운동량 범위, 스케일 설정 및 빠르기 구성 조건에서 BFKL 예측의 안정성과 신뢰성 평가.
• 세 제트 생성에서 BFKL 역학에 민감하고 섭동적으로 안정적인 새로운 일반화된 애자이마탈 비율 관측량($R^{MN}_{PQ}$)을 제안하는 것.
• BFKL 예측을 고에너지 DGLAP 진화와 비교하여 고정 순서 QCD에서 큰 에너지 로그의 중요성을 평가하는 것.

제안 방법

• 고에너지 근사에서 에너지의 큰 로그인 $\ln s$를 재결합하기 위해 다중 레지오 케이네틱스에서 BFKL 방정식을 사용한다.
• BFKL 프레임워크 내에서 재결합 스케일을 최적화하기 위해 BLM (Brodl-Morales-Lipatov) 스케일 설정 절차를 적용한다.
• 파트온 분포 함수로 NLO MSTW 2008 PDF 세트와 $\alpha_s(M_Z) = 0.11707$를 사용한 이중 순서 실행 커플링을 사용한다.
• 베가스 적분 루틴(Cuba 라이브러리), Quadpack 및 고차원 위상공간 적분을 위한 수정된 Psi 루틴을 사용하여 수치 계산을 수행한다.
• 세 제트 최종 상태에서 BFKL 역학을 탐색하기 위해 부분입자 및 하드론 수준에서 새로운 애자이마탈 비율 관측량 $R^{MN}_{PQ}$를 정의하고 계산한다.
• 두 가지 운동량 설정에서 결과를 분석한다: 고정된 중심 제트 빠르기와 빠르기 밴드에 걸쳐 통합하며, 전방 제트와 중심 제트 간의 횡방향 운동량 계층에 변화를 주었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 7 및 13 TeV에서 이제트 및 이이온 애자이마탈 상관관계에 대한 NLA 보정은 BFKL 예측에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 빠르기 베토 효과와 스케일 설정 절차(BLM)는 이제트 생성에서 BFKL 예측의 안정성에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ3 세 제트 생성에서 새로운 $R^{MN}_{PQ}$ 비율은 빠르기와 에너지 스케일의 변화에 어떻게 반응하며, 그 섭동 안정성은 어떠한가?
• RQ4 NLA 보정은 다양한 빠르기 및 횡방향 운동량 구성에서 일관되고 중간 정도의 크기를 가지는가?
• RQ5 제안된 관측량은 현재 및 과거 LHC 데이터에서 BFKL 역학과 표준 DGLAP 진화를 구별하는 데 유용한가?

주요 결과

• NLA 보정은 다양한 빠르기 및 횡방향 운동량 구성에서 BFKL 예측에 대해 중간 정도이며 섭동 안정성이 양호하다.
• $R^{MN}_{PQ}$ 비율은 중심 질량 에너지를 7 TeV에서 13 TeV로 증가시켜도 거의 변화가 없어, 강건성과 기초 BFKL 역학에 대한 민감도를 나타낸다.
• BLM 스케일 설정 절차는 안정적인 예측을 도출하며, 특히 이재트 생성에서 빠르기 베토 효과는 스케일 선택에 민감하게 반응한다.
• 수치 결과는 PDF 세트의 불확실성이 고차수 BFKL 보정에 의해 압도됨을 확인하여 전체 NLA BFKL 계산에 집중할 근거를 제공한다.
• NLO 제트 버텍스와 NLA 그린 함수의 포함은 NLA 정확도에서 완전한 현상학적 분석을 위해 필수적이다.
• 특히 세 제트 생성에서 제안된 관측량은 향후 실험적 검증에 적합하여 LHC에서 BFKL 역학을 탐색하는 데 유용하다.