[论文解读] Inclusive Single Hadron Production in Neutral Current Deep-Inelastic Scattering at Next-to-Leading Order

C. Sandoval|ArXiv.org|Aug 6, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 4

一句话总结

本文采用费米子对消去法处理红外奇点，对中性流深度非弹性散射（DIS）中包括单个强子产生的微分截面进行了下一阶修正（NLO）微扰QCD计算。研究发现，在高Q²下，Z玻色子交换在第一阶贡献高达15%，在第二阶贡献高达7%。当使用AKK和KKKS强子化函数时，理论预测与HERA实验数据在π⁰和D*±产生过程中的结果吻合良好。

ABSTRACT

A study of inclusive production of single hadrons with finite transverse momentum in neutral current deep-inelastic scattering has been carried out. Cross sections have been calculated using perturbative Quantum Chromodynamics at next-to-leading order and compared to HERA data. Predictions for light charged hadron production data were also calculated for large values of Q^2 to show the possible effects of the Z-boson exchange.

研究动机与目标

• 在微扰QCD下一阶修正（NLO）下，计算中性流深度非弹性散射（DIS）中单个强子产生的总截面。
• 评估在高Q²下Z玻色子交换对强子产生率的影响，尤其与虚光子交换进行比较。
• 将理论预测与H1合作组关于π⁰和D*±产生（具有非零横动量）的HERA实验数据进行验证。
• 应用费米子对消去法处理涉及实与虚修正的强子末态中多部分子子过程在NLO计算中的红外发散问题。
• 通过尺度变化量化理论不确定性，并与H1合作组的实验测量结果进行比较。

提出的方法

• 通过部分子分布函数（PDFs）、强子化函数（FFs）与NLO部分子截面的卷积计算截面，采用CTEQ6.6M PDF集合与AKK/KKKS强子化函数。
• 采用费米子对消去法以消除NLO计算中虚修正与实修正产生的软与胶子发射奇点。
• 计算包括所有相关的部分子子过程：γ*/Z⁰ + q → q + g，γ*/Z⁰ + q → g + q，γ*/Z⁰ + g → q + q̄，在NLO阶。
• 运行耦合常数αₛ在ḡMS方案中进行重正化，因子化与重正化尺度设为μ = Q。
• 运动学变量以x、y、z及其部分子对应量x̄、ȳ、z̄定义，使用强子张量Hμν与轻子张量Lμν计算部分子截面。
• 通过计算包含与不包含Z交换的截面之比，分离其影响，尤其在Z交换变得显著的高Q²区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高Q²下，Z玻色子交换对中性流DIS中单个强子产生过程的影响有多大？
• RQ2 NLO QCD修正如何提升理论预测与HERA实验数据在π⁰和D*±产生过程中的符合度？
• RQ3 尺度变化带来的理论不确定性在多大程度上影响强子产生截面的NLO预测？
• RQ4 费米子对消去法在涉及多个部分子末态的NLO计算中，对处理红外奇点的效率如何？
• RQ5 当截面归一化到总率时，Z玻色子贡献是否可被分离？还是必须使用未归一化的比值才能观察其效应？

主要发现

• 采用费米子对消去法的NLO计算成功消除了红外发散，为中性流DIS中单个强子产生提供了有限且物理的截面。
• 使用AKK和KKKS强子化函数时，NLO理论预测在π⁰和D*±产生过程中与H1合作组的HERA实验数据高度一致。
• 在高Q²下，Z玻色子交换使截面增加最多达15%（在第一阶αₛ计算中），通过包含与不包含Z交换的截面比值得以体现。
• 在第二阶（αₛ²）下，Z玻色子效应依然显著，对Q² > 10,000 GeV²的截面贡献最高达7%。
• 由于归一化截面中发生抵消，Z玻色子交换效应不可见，因此必须使用未归一化的比值才能分离其贡献。
• 通过尺度变化（μ = Q/2 与 μ = 2Q）估计理论不确定性，预测结果始终位于该范围所定义的带内。