[论文解读] High energy effects in multi-jet production at LHC

F. Caporale, Francesco Giovanni Celiberto+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用 6

一句话总结

本文在LHC的三胶子和四胶子产生过程中提出广义的方位角相关比率，以探测多Regge运动学中的BFKL动力学。通过分析中心胶子的横向动量和快度依赖性，利用包含卷积格林函数的BFKL重求和振幅，该研究将这些依赖性识别为BFKL效应的显著信号，为高能物理实验验证提供了新的、稳健的可观测量。

ABSTRACT

We study differential cross sections for the production of three and four jets in multi-Regge kinematics, the main interest lying on azimuthal angle dependences. The theoretical setup is the jet production from a single BFKL ladder with a convolution of two/three BFKL Green functions, where two forward/backward jets are always tagged in the final state. Furthermore, we require the tagging of one/two further jets in more central regions of the detectors with a relative separation in rapidity. We found, as result, that the dependence on transverse momenta and rapidities of the central jets can be considered as a distinct signal of the onset of BFKL dynamics.

研究动机与目标

• 在标准Mueller-Navelet设置之外，识别LHC能量下多胶子产生中的唯象性BFKL敏感可观测量。
• 通过基于比率的可观测量消除共形自旋-0贡献，以减少共线污染。
• 提供与当前及未来LHC实验截断和运动学约束兼容的物理上可行的预测。
• 利用高阶修正和不同PDF集合，测试BFKL预测的稳定性和敏感性。
• 鼓励实验合作组测量这些可观测量，以检验BFKL方法适用区域。

提出的方法

• 该研究采用多Regge运动学中的微分截面，使用单个BFKL ladder，并对两个或三个BFKL格林函数进行卷积。
• 方位角相关函数通过喷流之间相对方位角余弦乘积的角积分定义，表达式见公式(1)。
• 在快度和横向动量上施加运动学截断，前向/后向喷流被标记，中心喷流位于中间快度区域，如公式(2)所示。
• 引入比值可观测量 $ R^{M_1\cdots M_{n-1}}_{N_1\cdots N_{n-1}} $ 以消除共形贡献并增强稳定性，定义见公式(3)。
• 数值计算使用NLO MSTW 2008 PDF，两圈运行的 $ \alpha_s $，以及Fortran和Mathematica中的积分程序（Vegas, Quadpack）进行交叉验证。
• 分析聚焦于 $ \sqrt{s} = 7 $ 和 $ 13 $ TeV 下三胶子和四胶子末态的 $ R^{33}_{22} $、$ R^{111}_{221} $ 和 $ R^{112}_{111} $ 比值。

实验结果

研究问题

• RQ1 中心喷流的横向动量和快度依赖性是否可作为多胶子产生中BFKL动力学的显著信号？
• RQ2 与标准Mueller-Navelet可观测量相比，方位角相关比率在提升稳定性和减少共线污染方面有何改进？
• RQ3 预测的比值在多大程度上依赖于最小横向动量和快度分离等运动学截断？
• RQ4 BFKL对三胶子和四胶子比值的预测与固定阶计算及BFKLex等蒙特卡罗模拟相比如何？
• RQ5 这些可观测量对不同PDF参数化和高阶修正的敏感性如何？

主要发现

• $ R^{33}_{22} $ 比值在三胶子产生中显示出对中心喷流横向动量的明显依赖，表明对BFKL动力学具有敏感性。
• 在四胶子产生中，$ R^{111}_{221} $ 和 $ R^{112}_{111} $ 比值在快度分离 $ Y $ 上表现出强烈变化，尤其在 $ \sqrt{s} = 13 $ TeV 时更为显著。
• 在不同运动学截断下（如 $ k_{B,\rm min} = 35 $ GeV 和 $ 50 $ GeV），比值保持稳定，证实其鲁棒性。
• 对中心喷流横向动量和快度的依赖关系为在唯象多胶子末态中识别BFKL效应提供了独特信号。
• 在Fortran和Mathematica中独立实现的数值结果一致，验证了计算框架的可靠性。
• 本研究为实验验证指明了路径，呼吁未来LHC分析测量这些可观测量，以检验BFKL理论的适用区域。