[논문 리뷰] Inclusive four-jet production: a study of Multi-Regge kinematics and BFKL observables

F. Caporale, Francesco Giovanni Celiberto외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 06.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 21인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 멀티레그지 킬레인티크스에서 포함형 사중제트 생성에서 새로운 방위각 상관 관측량을 제안하며, BFKL 래더 하나와 세 개의 복합된 그린 함수를 사용하여 BFKL 역학을 탐색한다. 주요 결과는 두 중앙 제트의 횡방향 운동량과 빠르기(rapidity)가 BFKL 역학의 명확한 신호를 제공하며,余弦 상관 함수의 비율이 BFKL 효과와 실험 데이터에서의 잠재적 특이점에 매우 민감하다.

ABSTRACT

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

연구 동기 및 목표

• 고에너지 핸드론 충돌기에서 사중제트 생성에서 독립적이고 BFKL에 의해 지배되는 관측량을 식별하는 것.
• 포함형 멀러-나베레트 과정의 한계를 극복하기 위해 두 중앙 제트를 태깅함으로써 BFKL 역학에 대한 민감도를 향상시키는 것.
• 중앙 제트의 횡방향 운동량, 빠르기, 그리고 방위각에 민감한 새로운 일반화된 미분 분포를 개발하는 것.
• 형식적 스핀-0 기여를 억압하고 고차원의 수렴 안정성을 향상시키기 위해 방위각 상관 함수의 비율을 제안하는 것.
• LHC 데이터에서의 관측 가능한 서명을 통해 BFKL 역학의 실험적 검증을 가능하게 하는 것.

제안 방법

• 멀티레그지 킬레인티크스에서 사중제트 생성을 기술하기 위해 단일 BFKL 래더와 세 개의 복합된 그린 함수를 사용한다.
• 두 개의 전방/후방 제트와 두 개의 중앙 제트를 고려하여 빠르기 순서 $Y_A > y_1 > y_2 > Y_B$ 를 적용한다.
• 모든 제트의 횡방향 운동량, 빠르기, 그리고 방위각을 포함한 일반화된 미분 단면적을 정의한다.
• 제트 간 상대 방위각의余弦 곱의 상관 함수 $\mathcal{C}_{MNL}$ 을 도입한다.
• 형식적 스핀-0 기여를 억압하고 수렴 안정성을 향상시키기 위해 비율 $\mathcal{R}^{MNL}_{PQR}$ 을 구성한다.
• 베가스 적분 및 몬테카를로 도구를 사용한 수치 분석을 수행하며, 다양한 전방 제트 운동량 조건을 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 두 중앙 제트의 횡방향 운동량과 빠르기는 사중제트 생성에서 BFKL 역학의 명확한 신호로 작용할 수 있는가?
• RQ2 전방 제트의 횡방향 운동량과 빠르기 조건이 변화할 때 방위각 상관 비율 $\mathcal{R}^{MNL}_{PQR}$ 은 어떻게 행동하는가?
• RQ3 제안된 상관 비율은 분모 및 분자의 계수에 0이 존재함으로써 특이점을 보이며, LHC 데이터에서 관측 가능할 수 있는가?
• RQ4 비율 구성으로 형식적 스핀-0 기여를 제거했을 때 예측의 안정성은 어떻게 되는가?
• RQ5 관측량이 중앙 제트 간 빠르기 간격에 얼마나 의존하는가?

주요 결과

• 미분 단면적은 두 중앙 제트의 횡방향 운동량과 빠르기에 의해 크게 영향을 받으며, 이는 BFKL 역학의 명확한 신호임을 시사한다.
• 정규화된 상관 계수 $\mathcal{C}_{121}$ 과 $\mathcal{C}_{211}$ 은 두 전방 제트 운동량 조건 $(k_A,k_B) = (40,50)$ GeV 와 $(30,60)$ GeV 에서 유사한 행동을 보인다.
• 비율 $\mathcal{R}^{111}_{122}$ 과 $\mathcal{R}^{222}_{211}$ 은 분모 계수의 0 위치가 다름으로 인해 두 전방 제트 운동량 조건에서 서로 다른 행동을 보인다.
• 분모 계수가 0이 되는 지점에서 비율 $\mathcal{R}^{MNL}_{PQR}$ 에 특이점이 나타나며, 이는 잠재적인 실험적 서명으로서의 가능성을 시사한다.
• 관측량은 중앙 제트의 빠르기 $y_{1,2}$ 에 매우 약한 의존성을 보이며, 빠르기 범위 전반에서 안정성을 보임을 시사한다.
• 수치 결과는 베가스, 콘팩, 수정된 피시 루틴을 포함한 여러 도구를 사용하여 검증되었으며, 예측의 신뢰성을 뒷받침한다.