[论文解读] Deep Inelastic Scattering in the Dipole Picture at Next-to-Leading Order

H. Hänninen|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2021

High-Energy Particle Collisions Research被引用 4

一句话总结

本论文在色玻璃凝聚体（CGC）框架下，对包含和双色散深度非弹性散射（DIS）进行了下一阶修正（NLO）计算，通过在巴利茨基-科维奇（BK）演化方程中一致地匹配快速度尺度，精确控制了大对数修正。该工作实现了对HERA数据的最先进拟合，确定了二阶子幅度初始条件，支持高精度唯象学研究，并首次给出了横动量和纵向双色散结构函数的完整NLO结果。

ABSTRACT

This thesis studies gluon saturation in hadronic matter at high energy by calculating next-to-leading order (NLO) corrections to inclusive and diffractive deep inelastic scattering cross sections in the Color Glass Condensate (CGC) effective field theory. We demonstrate that the large soft gluon logarithm is correctly factorized into the Balitsky-Kovchegov (BK) renormalization group equation by accurately connecting the NLO scattering kinematics to the rapidity scale of the dipole amplitude in the scattering. This brings the perturbative expansion under control and enables us to do precision comparisons between theory and data. We fit the initial condition of the BK evolution equation to HERA inclusive deep inelastic scattering data by combining the NLO accuracy inclusive cross sections with beyond leading order BK evolution prescriptions. This results in the state-of-the-art accuracy comparison between CGC theory and HERA data, and determination of the dipole amplitude initial shape which is a necessary input for all NLO CGC phenomenology. In this introductory part, the effect of the NLO BK equation on the fits is assessed, and an alternative form for the NLO loop correction to the inclusive cross sections is derived which enables the consistent setting of the dipole amplitude rapidity scale in the NLO corrections. Diffraction is studied in this thesis in the CGC formalism, and we calculate the tree-level $q \bar q g$ NLO contribution to the diffractive deep inelastic scattering structure functions where the $q \bar q g$ Fock state scatters off the target and becomes the diffractively produced system. This contribution has previously been known in the literature only in leading $\log(Q^2)$ accuracy valid at large $Q^2$, and only for the structure function $F^D_T$. The $q \bar q g$ contribution to both structure functions $F^D_T$ and $F^D_L$ are presented in full NLO accuracy.

研究动机与目标

• 在色玻璃凝聚体（CGC）有效场论框架内，实现包含和双色散深度非弹性散射（DIS）的下一阶修正（NLO）精度。
• 通过在BK跑代群方程中一致地匹配快速度尺度，正确地将大对软胶子对数项分解到BK重正化群方程中，以控制微扰展开。
• 通过将NLO截面与综合HERA包含式DIS数据拟合，确定二阶子幅度的初始条件。
• 在CGC形式体系中，计算$F_T^D$和$F_L^D$双色散结构函数的首个完整NLO树幅$q\bar{q}g$贡献。
• 评估NLO BK演化对唯象拟合的影响，并检验不同重求和方案的一致性。

提出的方法

• 推导NLO DIS圈修正的新形式，使NLO修正中二阶子幅度快速度尺度的设定保持一致。
• 实现NLO影响因子，并将其与包含关键非领先阶修正的增强BK演化方程结合。
• 使用NLO截面和NLO BK演化，通过拟合HERA包含式DIS数据来确定初始二阶子幅度。
• 在完整NLO精度下，解析计算$q\bar{q}g$ Fock态对双色散DIS结构函数的贡献。
• 使用H. Mäntysaari开发的软件组件进行数值实现和拟合过程。
• 将NLO BK演化后的二阶子幅度与数据对比，以评估BK方程中不同重求和方案的有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在NLO精度下，通过将NLO运动学与二阶子幅度快速度尺度匹配，将大对软胶子对数项一致地分解到BK演化方程中？
• RQ2 NLO修正对二阶子幅度初始条件拟合HERA数据的唯象学结果有何影响？
• RQ3 能否在CGC形式体系中，对$F_T^D$和$F_L^D$均实现$q\bar{q}g$对双色散DIS贡献的完整NLO精度计算？
• RQ4 不同NLO BK方程的重求和方案在描述HERA数据方面有何差异？
• RQ5 快速度尺度一致性在二阶子幅度NLO修正中起什么作用？

主要发现

• 通过将NLO运动学与二阶子幅度快速度尺度匹配，大对软胶子对数项被正确地分解到BK方程中，使微扰展开得到有效控制。
• 通过使用NLO截面和NLO BK演化，对综合HERA包含式DIS数据进行拟合，以最先进精度确定了初始二阶子幅度的形状。
• 三种不同的NLO BK演化方案（重求和方法）对HERA数据的描述能力相当，表明未来数据可能区分它们。
• 首次实现了$F_T^D$和$F_L^D$双色散结构函数中$q\bar{q}g$贡献的完整NLO计算，拓展了以往仅限于对数($Q^2$)精度的结果。
• NLO BK演化对拟合有可测量的影响，且增强BK方程在简单数据对比中合理地近似了完整NLO BK演化。
• 所确定的二阶子幅度已作为输入，用于独家产生过程的计算，例如NLO精度下的纵向极化重矢量介子产生。