[論文レビュー] Inclusive Single Hadron Production in Neutral Current Deep-Inelastic Scattering at Next-to-Leading Order

C. Sandoval|ArXiv.org|Aug 6, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、赤外特異性を処理するためにドライプ・減算法を用いた、中性荷電型ディープインエラスティック散乱（DIS）における包含的単一ハドロン生成の次-leading order（NLO）摂動的QCD計算を提示する。研究では、高Q²においてZボソン交換が一次結合で最大15%、二次結合で最大7%寄与することが判明し、AKKおよびKKKSの分岐関数を用いることで、π⁰およびD*±生成のHERAデータと一致する予測が得られた。

ABSTRACT

A study of inclusive production of single hadrons with finite transverse momentum in neutral current deep-inelastic scattering has been carried out. Cross sections have been calculated using perturbative Quantum Chromodynamics at next-to-leading order and compared to HERA data. Predictions for light charged hadron production data were also calculated for large values of Q^2 to show the possible effects of the Z-boson exchange.

研究の動機と目的

• 中性荷電型DISにおける包含的単一ハドロン生成断面積を、摂動的QCDの次-leading order（NLO）で計算すること。
• 特に高Q²におけるハドロン生成率に及ぼすZボソン交換の影響を、仮想光子交換と比較して評価すること。
• π⁰およびD*±生成の、横運動量が非ゼロである場合のHERAデータと理論予測を照合すること。
• 実および仮想補正を含む部分的過程における赤外発散を処理するために、ドライプ・減算法を適用すること。
• スケール変動による理論的不確かさを評価し、H1共同研究グループの実験測定と比較すること。

提案手法

• 断面積は、パートン分布関数（PDFs）、分岐関数（FFs）、NLO部分的断面積の畳み込みにより計算され、CTEQ6.6M PDFセットとAKK/KKKS分岐関数が用いられた。
• NLO計算におけるソフトおよび衝突特異性をキャンセルするために、ドライプ・減算法が採用された。
• NLOにおけるすべての関連部分的過程が含まれている：γ*/Z⁰ + q → q + g、γ*/Z⁰ + q → g + q、およびγ*/Z⁰ + g → q + q̄。
• 結合定数αₛはḡMSスキームで再正則化され、因子化および再正則化スケールはμ = Qに設定された。
• 運動量変数はx、y、zおよびそれらの部分的対応物x̄、ȳ、z̄で定義され、部分的断面積の計算にはハドロン的テンソルHμνとレプトン的テンソルLμνが使用された。
• Zボソン交換の影響を分離するために、Z交換ありとなしの断面積比が計算され、特にZ交換が顕著になる高Q²領域で注目された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高Q²における中性荷電型DISにおける包含的単一ハドロン生成に及ぼすZボソン交換効果の大きさは何か？
• RQ2 NLO QCD補正は、π⁰およびD*±生成の理論的予測とHERAデータとの一致をどの程度改善するか？
• RQ3 スケール変動による理論的不確かさは、ハドロン生成断面積のNLO予測にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ4 複数の部分的最終状態を含むNLO計算において、ドライプ・減算法は赤外特異性をどの程度効果的に処理できるか？
• RQ5 全率に対して正規化した断面積ではZボソン寄与が見えないが、その寄与を分離するには正規化されていない比が必要か？

主な発見

• ドライプ・減算法を用いたNLO計算により、赤外発散が適切にキャンセルされ、中性荷電型DISにおける単一ハドロン生成の有限で物理的な断面積が得られた。
• AKKおよびKKKS分岐関数を用いることで、NLOにおけるπ⁰およびD*±生成の理論的予測は、H1共同研究グループのHERAデータと良好に一致した。
• 高Q²において、Zボソン交換は一次結合（αₛ）計算で断面積を最大15%増加させた。これはZ交換ありとなしの断面積比から示された。
• 二次結合（αₛ²）においてもZボソン効果は顕著で、Q² > 10,000 GeV²では断面積の最大7%を占めた。
• 正規化された断面積ではZボソン交換の効果がキャンセルされるため、その寄与を分離するには正規化されていない比が必要である。
• スケール変動（μ = Q/2およびμ = 2Q）により理論的不確かさが推定され、予測値はこれらの変動範囲内に収まった。