[论文解读] Jets in the forward region at the LHC

Michal Deák, F. Hautmann+2 more|ArXiv.org|Aug 13, 2009

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 12被引用 21

一句话总结

本文提出了一种高能因子化框架，用于在大型强子对撞机（LHC）的前向喷胶产生过程中重求和大快速度和高横动量的QCD对数修正。通过结合非部分子分布（unintegrated parton distributions）与重求和的硬散射振幅，该方法能够准确预测大快速度分离下的喷胶关联，而标准的共线或固定阶方法由于有限横动量 $k_T$ 下多重胶子发射引起的干涉效应而失效。该方法捕捉了在高能和大 $Δ y$ 下变得显著的非可忽略的 $k_T$-依赖修正，为前向物理中改进的蒙特卡罗事件生成器奠定了基础。

ABSTRACT

We discuss jet production at forward rapidities at the LHC. In this region QCD logarithmic corrections in the hard transverse momentum and in the large rapidity interval may both be quantitatively significant. We describe results of using high-energy factorization techniques, which allow one to take into account both kinds of corrections to higher orders in QCD.

研究动机与目标

• 解决固定阶方法与部分子簇射方法在高能和大快速度分离下无法准确描述前向喷胶数据的问题。
• 发展一种理论框架，一致地重求和前向喷胶产生中大快速度与高横动量的对数QCD修正。
• 将有限 $k_T$ 下多重胶子发射引起的干涉效应纳入硬散射振幅与部分子分布中。
• 通过结合非部分子分布与重求和矩阵元，实现对前向喷胶末态的物理上可靠的模拟。
• 为包含前向区域中高能与共线对数修正的蒙特卡罗生成器奠定基础。

提出的方法

• 采用固定横动量下的高能因子化描述前向喷胶产生，截面表达为非部分子分布与重求和硬散射振幅的卷积。
• 应用非部分子分布 $\phi_{a/A}(\xi_1, \mathbf{k}_T)$ 与 $\phi_{g^*/B}(\xi_2, \mathbf{k}_T)$，以考虑初态中的横动量依赖性。
• 通过在高能极限下计算的硬散射核 $\hat{\sigma}$ 推导微分截面 $d\sigma/dQ_T^2 d\varphi$，并包含 $k_T$-依赖修正。
• 通过广义梯形展开处理高阶修正，将其扩展至高能区域，以重求和快速度与 $Q_T$ 中的大对数。
• 通过部分子分布与硬散射振幅中均包含的 $k_T$-依赖性，将多重胶子发射的干涉效应纳入其中。
• 提出将重求和矩阵元与非部分子层次的簇射耦合，包括味非 singlet 演化中的NLO修正。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在前向喷胶产生中一致地重求和大快速度区间与高横动量的对数修正？
• RQ2 有限横动量 $k_T$ 在高能极限下对硬散射振幅与部分子分布的修正作用是什么？
• RQ3 为何固定阶与标准部分子簇射生成器无法准确描述来自HERA与未来LHC测量的前向喷胶数据？
• RQ4 多重胶子发射引起的干涉效应如何影响前向运动学中反冲喷胶系统在 $k_T$ 上的分布？
• RQ5 高能因子化框架能否扩展以包含味 singlet 演化与部分子饱和效应？

主要发现

• 硬散射振幅中的 $k_T$-依赖性引入了在 $k_T \sim Q_T$ 处的动态截断，这是共线分支模型所无法捕捉的。
• 相干的多胶子发射导致显著的 $k_T$-尾部效应，其重要性随快速度分离 $\Delta y$ 的增加而增强。
• 在LHC的夸克道道中，$C_F^2$ 与 $C_A C_F$ 色结构对前向喷胶产生的贡献量级相当。
• 有限-$k_T$ 修正具有显著影响，其来源既包括短距离核 $\hat{\sigma}$，也包括长距离部分子分布 $\phi$，这源于胶子发射的相干性。
• 高能因子化方法成功地在共线与大角度发射区域实现截面因子化，使超越leading-twist近似的重求和成为可能。
• 该框架可扩展以包含部分子饱和效应，并为研究前向喷胶环境中高密度QCD物质提供了自然的设定。