[논문 리뷰] The Unintegrated Gluon Density in the Photon and Heavy Quark Production

M. Hansson, H. Jung외 1명|ArXiv.org|2004. 02. 02.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 5인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 $e^+e^-$ 및 $γγ$ 충돌에서의 레이저 쿼크 생성 단면적을 계산하기 위해 CASCADE 몬테카를로 시뮬레이터에 통합된, 광자 내의 통합되지 않은 글루온 밀도에 대한 처음으로 전체적인 CCFM 진화를 제시한다. 이 방법은 LEP의 채르모 데이터와의 일치도를 향상시키며, TESLA 에너지에서의 예측도 제공하지만, $b\bar{b}$ 단면적 불일치 문제의 부분적 해결에 그친다.

ABSTRACT

The production cross section of heavy quarks in real and virtual photon-photon collisions has been studied. The unintegrated gluon density in the photon was obtained using the full CCFM evolution equation for the first time. The gluon density was implemented in the Monte Carlo generator CASCADE, and cross sections for heavy quark production in $e^+e^-$ collisions were calculated and compared to LEP data. Also, predictions for heavy quark cross sections in $e^+e^-$ and $γγ$ collisions at TESLA energies are given.

연구 동기 및 목표

• $γ\u03b3$ 충돌에서 관측된 $b\bar{b}$ 단면적을 $k_t$-팩터라이제이션과 광자 내 통합되지 않은 글루온 밀도를 사용하여 설명할 수 있는지 조사하기 위해.
• 광자의 글루온 밀도에 대한 전체 CCFM 진화 방정식을 구현하여 이전의 단순화된 모델의 한계를 극복하기 위해.
• $e^+e^-$ 및 $γ\u03b3$ 충돌에서의 레이저 쿼크 생성에 대한 예측을 LEP 데이터와 비교하고, TESLA에 대한 예측을 제공하기 위해.
• $\Lambda$, $\mu^2$, 쿼크 질량과 같은 매개변수에서 기인하는 단면적의 불확실성 평가를 위해.

제안 방법

• 광자 내 통합되지 않은 글루온 밀도를 결정하기 위해 완전한 CCFM 진화 방정식을 사용하여 이전의 근사치를 대체하였다.
• 파트온 수준 시뮬레이션을 위해 CCFM 진화된 글루온 밀도를 CASCADE 몬테카를로 이벤트 생성기로 통합하였다.
• 파트온의 횡방향 운동량 의존성을 포함하기 위해 $k_t$-팩터라이제이션을 적용하여 비가역 상태의 초기 상태를 허용하였다.
• LEP 및 TESLA 에너지에서 $e^+e^-$ 및 $γ\u03b3$ 충돌에서 $c\bar{c}$ 및 $b\bar{b}$ 생성의 단면적을 계산하였다.
• 이론적 불확실성을 추정하기 위해 핵심 매개변수($\Lambda$, $\mu^2$, 쿼크 질량, 입력 분포)를 변형하였다.
• 불확실성 분 析를 위해 기본 질량으로서 $m_c = 1.5$ GeV 및 $m_b = 4.75$ GeV를 사용하였으며, 범위는 테스트되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광자 내 통합되지 않은 글루온 밀도에 대한 전체 CCFM 진화가 $γ\u03b3$ 충돌에서 $b\bar{b}$ 생성의 기술을 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 CCFM 진화된 글루온 밀도를 사용한 $k_t$-팩터라이제이션 접근법이 LEP에서의 레이저 쿼크 생성에 대해 표준 콜린어 DGLAP 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 $\Lambda$, $\mu^2$, 쿼크 질량의 불확실성이 예측된 단면적에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 TESLA 에너지에서 $e^+e^-$ 및 $γ\u03b3$ 충돌에서의 $c\bar{c}$ 및 $b\bar{b}$ 생성에 대해 예상되는 단면적은 무엇인가?

주요 결과

• 광자 내 통합되지 않은 글루온 밀도에 대한 전체 CCFM 진화가 처음으로 구현되었으며, 이는 이전의 단순화된 근사치를 대체하였다.
• CCFM 접근법은 표준 콜린어 DGLAP 예측에 비해 LEP 채르모 데이터와의 일치도를 약간 향상시켰지만, 그 개선은 미미하였다.
• 뷰티 쿼크 생성에 대해 CCFM 접근법은 DGLAP에 비해 약간의 개선을 제공했지만, 여전히 LEP에서 관측된 $b\bar{b}$ 단면적 불일치 문제를 완전히 해결하지 못했다.
• 단면적의 가장 큰 불확실성 원천은 레이저 쿼크 질량의 변동이었으며, $m_b$는 4.5에서 5 GeV 사이, $m_c$는 1.3에서 1.7 GeV 사이로 변동시켰다.
• $\Lambda$를 0.2에서 0.34 GeV로 변경할 경우 단면적의 변화가 가장 컸으며, $\mu^2$ 및 글루온 밀도 입력의 변화는 더 작은 영향을 미쳤다.
• TESLA 에너지에서 $e^+e^-$ 및 $γ\u03b3$ 충돌에서의 $c\bar{c}$ 및 $b\bar{b}$ 생성에 대한 예측을 제공하여 향후 실험에 대한 기준이 되었다.