[論文レビュー] Dijet cross sections in ep collisions: who is afraid of symmetric cuts?

J. Chýla, Kamil Sedlák|ArXiv.org|Aug 11, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、ep衝突におけるダイジェットの横方向エネルギーに適用される対称的、非対称的、和型のカットが、次-leading order QCD計算において、すべて同じ非物理的振る舞いを示すことを示している。これは、運動的特異性が等しいジェットエネルギーで発生するため、位相空間制約が厳しくなるにつれて断面積が減少する現象である。著者らは、どのカット設定も本質的に優位ではないと結論づけ、問題はαₛ²の摂動的QCDにおける根本的な制限に起因するものであり、カットの選択によるものではないと結論づけている。

ABSTRACT

Three widely used scenaria for defining cuts on transverse energies of jets in ep collisions are discussed. All of them are shown to suffer from the same sort of unphysical behaviour when the cut regions are subject to additional constraints. This feature is inherent in the very way dijet cross sections are defined and cannot be avoided. In particular, the symmetric cut scenario is shown to be equally suitable for the comparison with NLO QCD calculations as the asymmetric or sum-like ones.

研究の動機と目的

• ep衝突におけるダイジェット横方向エネルギーの対称的カットが、NLO QCD計算において非物理的振る舞いを示さないかを調査すること。
• 非対称的または和型カットの設定が、対称的カットで観察された非物理的振る舞いを回避できるかを検討すること。
• 非物理的振る舞いがカット定義に起因するのか、それとも背後にある摂動的QCDフレームワークに起因するのかを特定すること。
• 追加の運動的制約が断面積積分に与える影響と、位相空間体積依存性を評価すること。
• 実験的ジェット断面積測定における非物理的振る舞いを軽減する実用的対策を提案すること。

提案手法

• HERAにおけるep衝突のダイジェット断面積を、CTEQ6Mの一部子分布関数を用いたDISENT NLOモンテカルロプログラムを用いて分析する。
• 3つのカット設定を比較する：対称的（E_T^(1), E_T^(2) ≥ E_c）、非対称的（E_T^(1) ≥ E_c + Δ, E_T^(2) ≥ E_c）、和型（E_T^(1) + E_T^(2) ≥ E_c + Δ）。
• 位相空間を制限するパラメータΔを導入し、Δ → 0における統合断面積σ(Δ)のΔ依存性を検討する。
• E_T^(1), E_T^(2)平面における位相空間領域を可視化し、仮想補正による負の特異性が支配的になる領域を同定する。
• 有限のビン幅を用いたビン別分布を検討し、E_T^(1) vs. E_T^(2) などの代替カットを適用してカット方向への感受性をテストする。
• 幾何学的および運動論的解析を用いて、非物理的振る舞いがカット選択に起因するのではなく、断面積定義そのものに内在していることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ep衝突におけるダイジェット断面積の対称的カット設定は、NLO QCD計算において非物理的振る舞いを示すか？
• RQ2 非対称的または和型カット設定は、対称的カットで観察された同じ非物理的振る舞いを回避できるか？
• RQ3 位相空間制約付き積分においてΔ → 0のとき断面積が非物理的に減少する原因は何か？
• RQ4 異なる運動的変数やビニング戦略を選択することで、非物理的振る舞いを回避できるか？
• RQ5 観察された振るまいは摂動的QCDフレームワークの結果であるのか、カット定義のアーティファクトであるのか？

主な発見

• 対称的、非対称的、和型の3つのカット設定すべてが、Δ → 0に近づくにつれて断面積σ(Δ)が減少するという非物理的振るまいを示しているが、これは位相空間が拡大しているにもかかわらずである。
• 非物理的振るまいは、NLO QCDにおける仮想補正がE_T^(1) = E_T^(2)で特異的になることに起因し、十分な位相空間積分によってのみキャンセルされる。
• E_T^(1) や E_T^(2) がE_cよりわずかに上に近づくと、dσ/dE_T^(1) および dσ/dE_T^(2) の分布は−∞に発散し、これがσ(Δ)の非物理的低下を引き起こしている。
• E_T^(1)、E_T^(2)、またはそれらの平均E̅_Tにカットを適用するかに関わらず、同じ非物理的振るまいが生じるため、断面積定義自体に根本的な問題があることが示された。
• 同じビンに対してE_T^(1) vs. E_T^(2) などの代替カットを適用すると、非物理的傾向が逆転するため、振るまいが変数そのものに起因するのではなくカットの方向に起因していることが証明された。
• E_T^(1) および E_T^(2) に対して十分に広いビンを用いることで、この問題を軽減できる。特に、下限E_c付近の鋭いカットを避けることが有効である。