[論文レビュー] NLO K-factors for Single-Inclusive Leptoproduction of Hadrons

Marc Schlegel, Patriz Hinderer+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 26, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 14被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、最終状態のレプトンが観測されない場合のレプトン-核子散乱（ℓN → hX）における単一の入り込みハドロン生成について、次-leading order（NLO）の摂動的QCD計算を提示する。特に、擬似実際の光子の役割に注目し、JLab12およびHERMESのような低エネルギー固定標的実験において、中心系エネルギーが低い領域でNLO補正が顕著に大きくなることが判明した。K要因は最大3.5に達し、高次の項の寄与が顕著であることを示している。

ABSTRACT

In these proceedings we discuss next-to-leading order (NLO) perturbative-QCD calculations of the cross section for the process $\ell N o h X$. We briefly present the main features of the calculation and in particular analyze the role of quasi-real photons that enter the processes because the scattered lepton is not observed. We find that the NLO corrections are sizable for the spin-averaged cross section. In order to quantify this statement we present the K-factors of the cross sections for fixed target experiments HERMES, JLab12 and COMPASS.

研究の動機と目的

• 最終状態のレプトンが観測されない場合の、レプトン-核子散乱（ℓN → hX）における単一の入り込みハドロン生成のスピン平均化断面積に対する次-leading order（NLO）補正を計算すること。
• 散乱レプトンが観測されない状況下で生じる擬似実際の光子の寄与が、共線的因子化およびWeizsäcker-Williams近似の文脈でどのようにプロセスに影響を与えるかを分析すること。
• HERMES、JLab12、COMPASSといった主要な固定標的実験に対して、NLO補正の大きさをK要因を用いて定量化すること。
• NLO補正の大きさを評価することで、横方向スピン非対称性の解析において、leading-order（LO）のtwist-3形式主義の信頼性を検証すること。
• 将来のℓN↑ → hX過程におけるスピン非対称性の高精度測定を支援するため、NLOのK要因に関する現象論的予測を提供すること。

提案手法

• 共線的因子化とNLO精度の摂動的QCDを用いて、ℓN → hXの部分子断面積を計算し、Mandelstam変数（s, t, u）と部分子の運動量分率（x, z）を用いた。
• 仮想光子に起因する共線的特異性を、次元正則化を用い、ゲージ不変性と赤外有限性を保つためにWeizsäcker-Williams（WW）光子分布を差し引くことで取り扱った。
• レプトン質量をゼロとして扱い、WW寄与を明示的に差し引く手法と、有限レプトン質量を仮定し、位相空間積分を展開して主要な質量依存項を抽出する手法の2通りを比較した。
• NLO補正の大きさを定量化するための主要な観測量として、K要因（NLO/LO比）を用いた。
• HERMES（√S = 7.25 GeV）、JLab12（4.48 GeV）、COMPASS（17.4 GeV）に対して数値的評価を実施し、横方向運動量（Pₕ⊥）とフェルミン変数（x_F）または擬似迅速度（η）を変化させた。
• Weizsäcker-Williams寄与と真のNLO部分子的補正の相対的寄与の大きさを評価し、特に低エネルギー領域での支配的寄与を明らかにした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最終状態のレプトンが観測されない場合のℓN → hXにおける非極化断面積に対するNLO QCD補正はどの程度の大きさか？
• RQ2 低エネルギー固定標的実験において、Weizsäcker-Williams近似による擬似実際の光子寄与がNLO断面積にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ3 HERMES、JLab12、COMPASS実験におけるℓN → hXのK要因（NLO/LO比）の大きさは何か？また、エネルギーおよび運動量変数に依存してどのように変化するか？
• RQ4 なぜ中心系エネルギーが低い場合（例：JLab12およびHERMES）にNLO補正が特に大きくなるのか？これはスピン非対称性解析における摂動的QCDの信頼性にどのように影響を与えるか？
• RQ5 ℓN↑ → hXにおける横方向スピン非対称性を解析する際、非極化断面積をデータから信頼性を持って抽出できるか？

主な発見

• ℓN → hXのスピン平均断面積に対するNLO補正は顕著であり、JLab12実験（√S = 4.48 GeV）ではK要因が最大3.5に達する。
• HERMES（7.25 GeV）では、1 < Pₕ⊥ < 2.2 GeVの運動量領域でK要因は2.5から3.5の間で変動し、低エネルギー領域で顕著な高次の項の寄与が確認された。
• COMPASS（17.4 GeV）では、中心系エネルギーが大きいためK要因は顕著に小さく、1.2から1.4の範囲にとどまる。これは＋分布項の寄与が相対的に小さくなるためである。
• ミューオンの質量が大きいことから、COMPASSではWeizsäcker-Williams寄与は無視できるほど小さく、電子ベースの実験とは対照的である。
• K要因はフェルミン変数x_Fおよび横方向運動量Pₕ⊥に強く依存しており、負のx_Fおよび低Pₕ⊥領域でより大きな補正が観測された。
• ゼロ質量正則化に伴うWW補正と有限質量展開の2通りの独立した手法の結果が一致したことで、NLO計算の堅牢性が裏付けられた。