[论文解读] QCD and the Hadronic Final State in Deep Inelastic Scattering at HERA

M. Kuhlen|DESY (CERN, DESY, Fermilab, IHEP, and SLAC)|Dec 23, 1997

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用 6

一句话总结

本文对HERA上深度非弹性散射过程中的强子末态进行了全面分析，基于量子色动力学（QCD）的测量手段，研究部分子动力学，提取强耦合常数αs，并探讨胶子密度与非DGLAP演化行为。主要结果包括：在小x区域发现类似BFKL的行为证据，对幂修正项施加了约束，首次通过喷注与粲夸克产生观测量搜索QCD瞬子信号。

ABSTRACT

The measurements of the hadronic final state in deep inelastic scattering at HERA are reviewed and discussed in the context of QCD. Covered are the general event properties in terms of energy flows, charged particle production, and charm and strangeness production. Quark fragmentation properties are studied in the Breit frame. Event shape measurements allow "power corrections" to be applied and the strong coupling alpha_s to be extracted. Other alpha_s measurements are based on dijet rates. Jet rates as well as charm production have been used to determine the gluon density in the proton. Indications have been found in the hadronic final state for unconventional, non-DGLAP evolution at small x, which could be explained with BFKL evolution. Signatures for QCD instanton effects are discussed and first search results are presented.

研究动机与目标

• 通过基于QCD的分析手段，理解HERA中深度非弹性散射过程的强子末态结构。
• 通过喷注率、二喷注截面与事件形状分布，提取强耦合常数αs。
• 通过喷注与粲夸克产生测量，探测质子中的胶子密度。
• 在小Bjorken-x区域搜索DGLAP演化偏离的迹象，以检验可能的BFKL动力学。
• 研究HERA高能强子末态中QCD瞬子的信号特征。

提出的方法

• 分析深度非弹性散射事例中的能量流、带电强子多重数以及味特异性产生（粲夸克与奇异夸克）行为。
• 利用Breit参考系研究夸克碎片函数与喷注性质。
• 应用事件形状变量提取幂修正项，并通过QCD拟合确定αs。
• 通过微扰QCD预测，测量二喷注率以独立提取αs。
• 将喷注率与粲夸克产生数据与QCD模型比较，以约束质子中的胶子分布。
• 通过高多重数与高横动量末态信号，搜索非微扰QCD瞬子效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 HERA关于事件形状与喷注率的数据在小x区域在多大程度上支持标准DGLAP演化？
• RQ2 在小x区域的强子末态中，是否存在支持BFKL型动力学的证据？
• RQ3 在HERA中，通过二喷注与喷注率测量，αs的提取精度如何？
• RQ4 粲夸克与喷注产生率对质子中胶子密度施加了何种约束？
• RQ5 在HERA的高能末态中，是否存在可观测的QCD瞬子信号？

主要发现

• 在小x区域观察到非DGLAP演化的证据，提示数据中可能存在BFKL动力学。
• 通过事件形状与二喷注率分析，高精度提取了强耦合常数αs。
• 喷注率与粲夸克产生数据对质子中胶子密度提供了自洽的约束。
• 成功应用幂修正项于事件形状分布，提升了αs提取的精度。
• 首次开展了QCD瞬子效应的实验搜索，虽未观测到显著信号，但设定了有意义的上限。
• 强子末态性质被QCD模型良好描述，其偏离现象指向非微扰或高阶扭曲效应。