[论文解读] BFKL phenomenology: resummation of high-energy logs in semi-hard processes at LHC

Francesco Giovanni Celiberto|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用 15

一句话总结

本文提出在LHC能量下利用双强子和多喷射产生过程作为探测BFKL动力学的手段，通过广义方位角相关比率来分离高能对数重求和效应。结果表明，这些可观测量表现出对快速度 $ Y $ 依赖的显著行为，对BFKL重求和敏感，提供了一种独立于共线污染的清晰信号。

ABSTRACT

A study of differential cross sections and azimuthal observables for semi-hard processes at LHC energies, including BFKL resummation effects, is presented. Particular attention has been paid to the behaviour of the azimuthal correlation momenta, when a couple of forward/backward jets or identified hadrons is produced in the final state with a large rapidity separation. Three- and four- jet production has been also considered, the main focus lying on the definition of new, generalized azimuthal observables, whose dependence on the transverse momenta and the rapidities of the central jet(s) can be considered as a distinct signal of the onset of BFKL dynamics.

研究动机与目标

• 探索比穆勒-纳韦莱特喷射更不包含的末态中的BFKL动力学，使用大快速度分离的识别强子。
• 在多喷射产生中定义对BFKL重求和敏感且无共线污染的新广义方位角可观测量。
• 为 $ \sqrt{s} \to 13 $ TeV 下的双强子和多喷射过程中 $ R_{nm} $ 类比率提供理论预测，适用于与LHC数据比较。
• 通过与固定阶和蒙特卡罗模拟的比较，厘清BFKL形式化方法的适用区域。
• 通过大快速度间隔下的双强子产生，同时约束部分子分布和 fragmentation 函数。

提出的方法

• 使用质子-质子碰撞中大快速度分离 $ Y = y_1 - y_2 $ 的双强子产生，对匹配CMS实验条件的运动学截断进行积分。
• 从微分截面 $ d\tau / dy_1 dy_2 dk_1 dk_2 d\theta_1 d\theta_2 $ 定义方位角系数 $ C_n $ 及其比率 $ R_{nm} = C_n / C_m $，其中包含 $ \theta $-依赖的余弦谐波。
• 为 $ n $-喷射产生引入广义方位角相关矩 $ \tilde{\bf C}_{M_1\bullet M_{n-1}} = \langle \prod_{i=1}^{n-1} \cos(M_i \phi_{i,i+1}) \rangle $，对所有方位角进行投影。
• 施加运动学截断：$ |y| \leq 2.4 $，双强子的 $ k_{\text{min}} = 5 $ GeV；$ y_1 - y_n = Y $，喷射的 $ k_{\text{min}} $ 可变。
• 构建比率可观测量 $ R^{M_1\cdots M_{n-1}}_{N_1\cdots N_{n-1}} = C_{M_1\cdots M_{n-1}} / C_{N_1\cdots N_{n-1}} $ 以抑制共线贡献和高阶效应。
• 在 $ \sqrt{s} = 13 $ TeV（双强子、三喷射）、$ \sqrt{s} = 7 $ 和 $ 13 $ TeV（四喷射）下进行数值计算，变化 $ k_{\text{min}} $ 和快速度构型。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC能量下，双强子产生中的方位角相关比率在多大程度上能反映独立于共线污染的BFKL重求和效应？
• RQ2 广义 $ n $-喷射方位角比率对快速度分离 $ Y $ 的敏感性如何？它们能否作为BFKL动力学的清晰信号？
• RQ3 在不同横动量截断和质心系能量下，$ R^{33}_{12} $ 和 $ R^{221}_{112} $ 比率的 $ Y $-依赖性如何变化？
• RQ4 双强子产生在多大程度上能同时约束部分子分布和 fragmentation 函数？
• RQ5 所提出的可观测量与固定阶预测及BFKLex蒙特卡罗模拟相比如何？

主要发现

• 在 $ \sqrt{s} = 13 $ TeV 下，双强子产生中 $ R_{10} $ 和 $ R_{20} $ 的 $ Y $-依赖性表现出清晰且非平凡的结构，与BFKL重求和效应一致。
• 在 $ \sqrt{s} = 13 $ TeV 下，三喷射产生中的广义比率 $ R^{33}_{12} $ 展现出强烈的 $ Y $-依赖性，且对横动量截断 $ k_{B,\text{min}} $ 敏感，表明存在BFKL动力学。
• 在 $ \sqrt{s} = 7 $ 和 $ 13 $ TeV 下，四喷射产生中的比率 $ R^{221}_{112} $ 均表现出显著的 $ Y $-依赖性，且在不同 $ k_{\text{min}} $ 和 $ k_{1,2} $ 配置下发生变化。
• 所提出的可观测量 $ R^{M_1\cdots M_{n-1}}_{N_1\cdots N_{n-1}} $ 由于去除了规范自旋-0贡献，对共线污染具有鲁棒性。
• 结果表明，这些广义方位角比率可作为高能QCD中BFKL动力学的清晰、模型无关的信号。
• 本研究为在标准穆勒-纳韦莱特设置之外的半硬过程测试BFKL重求和提供了框架，与LHC数据分析具有直接相关性。