[논문 리뷰] The soft drop momentum sharing fraction $z_g$ beyond leading-logarithmic accuracy

Pedro Cal, Kyle Lee외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 06. 08.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 79인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 소프트 콜라인 효과 이론(SCET)에서 소프트 드롭의 운동량 공유 분수 $z_g$에 대한 다음-최고 대수적(NLL′) 인과적 요인 분해 프레임워크를 제시한다. 이는 비글로벌 대수(logarithms)를 포함한 정밀도 계산을 가능하게 하며, 쿼크의 스핀에 대한 민감도를 드러낸다. 결과는 ALICE, ATLAS, STAR 데이터와 뛰어난 일치를 보이며, 최고 대수적 정확도를 초월한 최초의 의미 있는 양자역학적 불확도 평가를 제공한다.

ABSTRACT

Grooming techniques, such as soft drop, play a central role in reducing sensitivity of jets to e.g. underlying event and hadronization at current collider experiments. The momentum sharing fraction $z_g$, of the two branches in a jet that pass the soft drop condition, is one of the most important observables characterizing a collinear splitting inside the jet, and directly probes the QCD splitting functions. In this work, we present a factorization framework that enables a systematic calculation of the corresponding cross section beyond leading-logarithmic (LL) accuracy, showing that this measurement is not only sensitive to the QCD charge but also the spin of the parton that initiates the jet. Our results at next-to-leading logarithmic (NLL$'$) accuracy include non-global logarithms, and provide a first meaningful assessment of the perturbative uncertainty. We present a comparison to the available experimental data from ALICE, ATLAS, and STAR and find excellent agreement.

연구 동기 및 목표

• 소프트 드롭의 운동량 공유 분수 $z_g$에 대해 최고 대수적 정확도를 초월하는 체계적인 인과적 요인 분해 프레임워크를 개발하기 위해.
• 비글로벌 대수(NGLs)를 포함하고 $z_g$ 분포의 양자역학적 불확도를 평가하기 위해.
• 시작하는 파arton의 스핀에 대한 $z_g$의 민감도를 드러내기 위해, 오직 QCD 전하 외의 영향을 포함하기 위해.
• ALICE, ATLAS, STAR의 실험 데이터와 비교하기 위한 정밀도 이론 예측을 제공하기 위해.
• 미래의 보다 높은 정밀도 계산 및 제트 서브스트럭처에서 비양자역학적 보정을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• 제트 서브스트럭처를 위한 콜라인 인과적 분해와 SCET을 사용하여 $z_g$와 $\theta_g = R_g/R$ 에 대해 미분되는 단면적을 공식화하기 위해.
• QCD 분열 함수 $P_{ij}(z_g)$를 직접 탐지할 수 있는 최고 순서의 제트 함수 $\tilde{G}_i^{(1)}$ 를 유도하기 위해.
• 소프트 함수의 지수화를 통해 $\beta \geq 0$ 에서의 적외선-근접 발산을 다스리는 수단으로 수스다코프 재결합을 구현하기 위해.
• 하드, 소프트, 비글로벌 모드에 대해 별도로 진화하는 NLL′ 정확도의 인과적 공식(식 5)을 구성하기 위해.
• 모든 함수를 공통 스케일 $\mu$로 진화시키기 위해 재규합 그룹 방정식(RGEs)을 사용하여 일관성을 확보하기 위해.
• 비글로벌 대수(NGLs)를 $S^{\text{NG}}_i(z_{\text{cut}})$ 와 $\tilde{S}'^{\text{NG}}_{i,k}$ 를 통해 포함하고, NLL′ 수준에서 명시적 재결합을 수행하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 소프트 드롭의 운동량 공유 분수 $z_g$는 어떻게 최고 대수적 정확도를 초월하여 제어 가능한 양자역학적 불확도를 갖는 계산이 가능한가?
• RQ2 비글로벌 대수(NGLs)는 다음-최고 대수적 정확도에서 $z_g$ 분포를 어떻게 형성하는가?
• RQ3 $z_g$ 는 시작하는 파arton의 스핀에 민감한가? 그리고 이러한 민감도는 인과적 요인 분해 프레임워크에 포괄될 수 있는가?
• RQ4 NLL′ 정확도의 이론 예측은 ALICE, ATLAS, STAR의 실험 데이터와 어느 정도 일치하는가?
• RQ5 이 프레임워크는 제트 서브스트럭처 관측량에서 비양자역학적 효과와 고차항 보정을 포함하기 위해 확장될 수 있는가?

주요 결과

• NLL′ 계산은 비글로벌 대수를 포함하고 있으며, $z_g$ 분포에서의 양자역학적 불확도에 대한 최초의 의미 있는 평가를 제공한다.
• 이론 결과는 다양한 제트 운동량 및 그루밍 매개변수에서 ALICE, ATLAS, STAR 실험 데이터와 매우 우수한 일치를 보인다.
• $z_g$ 관측량은 QCD 전하 외에도 시작 파arton의 스핀에 민감한 것으로 밝혀졌으며, 이는 이 정확도에서 이전에 고려되지 않은 효과였다.
• 수스다코프 억제는 $\beta \geq 0$ 에서 적외선-근접 발산을 효과적으로 다스려, $z_g$ 를 계산 가능하고 수스다코프 안정성(Sudakov-safe)인 관측량으로 만든다.
• 하드, 소프트, 비글로벌 모드에 대해 별도로 진화하는 NLL′ 정확도의 인과적 공식이 구성되어 정밀한 재결합을 가능하게 한다.
• 이 프레임워크는 향후 더 높은 양자역학적 정확도와 제트 서브스트럭처에서 비양자역학적 효과의 체계적인 다루기 위한 확장이 가능하다.