[论文解读] High-energy resummation in semi-hard processes at the LHC

Francesco Giovanni Celiberto|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2017

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 155被引用 7

一句话总结

本文采用BFKL方法，对LHC上半硬过程中的高能重求和效应进行了全面的唯象分析，重点研究了Mueller-Navelet喷注、二价胶子产生以及三喷注末态。计算了下一阶对数（NLA）修正对方位角相关可观测量的影响，表明NLA修正适中且微扰稳定性良好，且7 TeV至13 TeV能量下结果变化极小，表明多喷注末态中BFKL动力学具有强敏感性。

ABSTRACT

Semi-hard processes in the large COM energy limit offer us an exclusive chance to test the dynamics behind strong interactions in kinematical sectors so far unexplored. In the Regge limit, fixed-order calculations in pQCD based on collinear factorisation miss the effect of large energy logs, which are so large to compensate the small QCD coupling $α_s$ and must therefore be accounted for to all perturbative orders.. The BFKL approach represents the most powerful tool to resum to all orders these large logs both in the LLA and in the NLA. The inclusive hadroproduction of forward jets with high transverse momenta separated by a large rapidity interval at the LHC (Mueller--Navelet jets) has been one of the most studied reactions so far. Interesting observables associated to this process are the azimuthal correlations, showing a very good agreement with experimental data at the LHC. However, new BFKL-sensitive observables should be considered in the context of the LHC physics program. With the aim the to further and deeply probe the dynamics of QCD in the Regge limit, we give phenomenological predictions for four distinct semi-hard process. On one hand, we continue the analysis of reactions with two objects identified in the final state $(i)$ by addressing open problems in the Mueller--Navelet sector and $(ii)$ by studying the inclusive dihadron production in the full NLA BKFL accuracy. On the other hand, we show how inclusive multi-jet production processes allow us to define new, generalised and suitable BFKL observables, where transverse momenta and rapidities of the tagged jets, well separated in rapidity from each other, appear in new combinations. We give the first predictions for the inclusive three-jet production, encoding the effects of higher-order BFKL corrections. Then, making use of the same formalism, we present the first complete BFKL analysis for the four-jet production.

研究动机与目标

• 研究下一阶对数（NLA）修正对LHC半硬过程中BFKL重求和的影响。
• 通过对外 azimuthal 相关性敏感的唯象可观测量，检验BFKL动力学在高能质子-质子碰撞中的适用性。
• 评估在不同运动学截断、尺度设定和快度构型下，BFKL预测的稳定性和可靠性。
• 为三喷注产生提出新的广义方位角比值可观测量（$R^{MN}_{PQ}$），其对BFKL动力学敏感且具有微扰稳定性。
• 将BFKL预测与高能DGLAP演化进行比较，评估固定阶QCD中大能量对数的重要性。

提出的方法

• 在多Regge运动学框架下使用BFKL方程，对高能极限中能量对数$\ln s$进行大对数重求和。
• 应用BLM（Brodl-Morales-Lipatov）尺度设定程序，以优化BFKL框架中的重整化尺度。
• 使用NLO MSTW 2008 PDF集合，并采用两圈运行耦合常数，$\alpha_s(M_Z) = 0.11707$，作为部分子分布函数。
• 利用Vegas积分程序（Cuba库）、Quadpack以及改进的Psi程序，对高维相空间积分进行数值计算。
• 在部分子和强子层次上定义并计算新的方位角比值可观测量$R^{MN}_{PQ}$，以探测三喷注末态中的BFKL动力学。
• 在两种运动学设置下分析结果：固定中央喷注快度与在快度区间内积分，同时改变前向喷注与中央喷注之间的横动量层次。

实验结果

研究问题

• RQ1 在7 TeV与13 TeV下，NLA修正如何影响BFKL对二喷注和二价胶子方位角相关性的预测？
• RQ2 快度截断效应与尺度设定方法（BLM）在二喷注产生中在多大程度上影响BFKL预测的稳定性？
• RQ3 三喷注产生中的新$R^{MN}_{PQ}$比值如何响应快度与能量尺度的变化？其微扰稳定性如何？
• RQ4 NLA修正在不同快度与横动量构型下是否表现出适中且一致的特性？
• RQ5 所提出的可观测量能否在当前及以往的LHC数据中区分BFKL动力学与标准DGLAP演化？

主要发现

• BFKL预测的NLA修正在不同快度与横动量构型下均表现适中且具有良好的微扰稳定性。
• 当质心系能量从7 TeV增至13 TeV时，$R^{MN}_{PQ}$比值变化极小，表明其具有强鲁棒性并能敏感探测基础BFKL动力学。
• BLM尺度设定方法可产生稳定预测，且快度截断效应对尺度选择敏感，尤其在二喷注产生中表现明显。
• 数值结果证实，PDF集合带来的不确定性被更高阶的BFKL修正所掩盖，因此聚焦于完整NLA BFKL计算是合理的。
• 包含NLO喷注顶点与NLA格林函数对于实现NLA精度下的完整唯象分析至关重要。
• 所提出的可观测量，尤其在三喷注产生中，非常适合未来实验验证，以探测LHC能量下BFKL动力学。