[논문 리뷰] Phenomenology of jet physics in the BFKL formalism at NLO

Florian Schwennsen|ArXiv.org|2007. 03. 19.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 89인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 고에너지 QCD에서 제트 물리에 대한 다음 주요 순서(NLO) BFKL 프레임워크를 개발하며, $k_T$-인자화에서 제트 버텍스를 도입하고, 소규모-$x$ 입자-입자 충돌에 대해 NLO 비통합 글루온 밀도를 정의한다. NLO BFKL 그린 함수를 이용하여 콤팩트한 보존 효과를 재정렬하여, 멀러-나벨레트 제트 각도 상관관계를 연구하며, 테바트론 및 LHC 데이터에 대한 현상학적 예측을 제공하고, 현실적인 실험적 절단 조건을 포함한 깊은 비탄성 산란에서의 전방 제트까지 확장한다.

ABSTRACT

We study jet physics in the high energy regime of QCD. Based on the NLO BFKL equation, we construct a vertex for the production of a jet at central rapidity in k_T-factorization. A jet algorithm is introduced, and we take special care of the separation of multi-Regge and quasi-multi-Regge kinematics. The connection with the energy scale of the evolution is investigated in detail. The result is discussed for two situations: scattering of highly virtual photons, which requires a symmetric energy scale to separate the impact factors from the gluon Green's function, and hadron-hadron collisions, where a non-symmetric scale choice is needed. For the second case we are able to define a NLO unintegrated gluon density, valid in the small-x regime, and give the evolution equation for this density as well. In the second part, we examine the angular decorrelation of Mueller-Navelet jets. Using an operator formalism in the space of anomalous dimension and conformal spin, we implement the NLO BFKL Green's function to study the rapidity dependence of angular decorrelations. We incorporate the necessary summation of collinearly enhanced corrections beyond NLO accuracy. We compare our results with data from the Tevatron ppbar-collider and provide predictions for the LHC as well. We also extend our study to the angular decorrelation between a forward jets and the electron in deep inelastic ep scattering. The angular decorrelation has not been measured in DIS so far, but we give theoretical results for this observable which already implement the experimental cuts.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 QCD에서의 포함 제트 생성에 대해 BFKL 형식을 NLO로 확장하고, 특히 $k_T$-인자화에서 적용한다.
• 입자-입자 충돌에 대해 소규모-$x$ 영역에서 유효한 NLO 비통합 글루온 밀도를 정의한다.
• 이상적인 차원과 동형 스핀 공간에서의 연산자 형식을 사용하여 NLO BFKL 그린 함수를 도입하여 멀러-나벨레트 제트 각도 상관관계를 연구한다.
• 더 높은 정확도를 위해 콤팩트하게 증폭된 보정 항을 재정렬하여 현상학적 예측을 향상시킨다.
• 깊은 비탄성 $ep$ 산란에서의 전방 제트 생성으로 이 프레임워크를 확장하며, 이론적 예측에 현실적인 실험적 절단 조건을 포함한다.

제안 방법

• $k_T$-인자화 형식에서 일관된 NLO 제트 버텍스를 구성하여 다중-레지와 준다중-레지 운동역학 간의 적절한 분리를 확보한다.
• 소규모-$x$ 영역에서의 NLO 비통합 글루온 밀도에 대한 진화 방정식을 유도하며, 이는 입자-입자 충돌에 대해 유효하다.
• 이상적인 차원과 동형 스핀 공간에서의 연산자 형식을 사용하여 NLO BFKL 그린 함수를 도입하여 각도 상관관계 연구에 활용한다.
• 핵심에서의 잔여항을 다루기 위해 여러 재정렬 기법(스키마 1, 3, 4 포함)을 적용하여 다양한 규격화 스킴에서의 안정성을 향상시킨다.
• 영향 인자 기여를 통합하고 NLO 초과 보정 항을 재정렬하여, 특히 $\gamma^*\gamma^*$ 및 $ep$ 산란의 경우에 유리하다.
• 이론적 예측에서 전방 제트 생성에 대해 실험적 절단 조건을 구현하였으며, 이는 관측 가능성이 아직 측정되지 않았음에도 불구하고 적용되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고에너지 QCD에서 중심 제트 생성에 대해 $k_T$-인자화에서 일관된 NLO 제트 버텍스를 어떻게 구성할 수 있는가?
• RQ2 입자-입자 충돌에 대해 소규모-$x$ 영역에서의 NLO 비통합 글루온 밀도의 형태는 무엇이며, 그 진화 방정식은 어떻게 되는가?
• RQ3 NLO 보정 항과 콤팩트하게 증폭된 항의 재정렬은 멀러-나벨레트 제트 각도 상관관계의 빠르기 의존성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 테바트론 및 LHC 에너지에서 $p\bar{p}$ 및 $pp$ 충돌에 대한 각도 상관관계에 대한 현상학적 예측은 무엇인가?
• RQ5 깊은 비탄성 $ep$ 산란에서 산란된 전자와의 전방 제트 간의 각도 상관관계를 기술하기 위해 이 프레임워크를 어떻게 확장할 수 있으며, 현실적인 실험적 절단 조건을 포함한가?

주요 결과

• NLO BFKL 핵심은 $\gamma = 0, 1, -m/2, 1 + m/2$에서 잔여항을 나타내며, 특히 스킴 3 및 4에서 재정렬을 통해 제거되어 안정적이고 물리적으로 의미 있는 핵심으로 변환된다.
• 모든 $m=0$일 때 재정렬된 핵심은 $\nu=0$에서 최대값을 보이며, NLO 핵심은 이에 비해 곡선이 낮아지는 형태를 보여, $\gamma = 1/2$ 근처에서 상당한 NLO 보정이 존재함을 시사한다.
• 규격화 스킴의 변화(예: $\overline{\rm MS}$ 대비 GB)에 대해 재정렬된 핵심은 안정적이며, 특히 스킴 3 및 4에서 뛰어난 안정성과 신뢰성을 보인다.
• 영향 인자 기여의 포함은 $d_{1,k}(m)$ 계수를 수정하며, 특히 $m=0$ 및 $m=2$의 경우에 대해 구체적인 이동이 있으며, 이는 식 (B.21) 및 (B.22)에 기재되어 있다.
• 이 프레임워크는 테바트론에서 멀러-나벨레트 제트 각도 상관관계에 대한 데이터를 성공적으로 재현하며, LHC에 대한 예측 결과도 제공한다.
• 측정되지 않은 관측 가능성을 고려하여 실험적 절단 조건을 적용한 $ep$ 산란에서의 각도 상관관계에 대한 이론적 예측이 제시되었다.