[论文解读] Resummations in QCD hard-scattering at large and small x

Nikolaos Kidonakis, A. Sabio Vera+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 13被引用 3

一句话总结

本文提出了一套全面的框架，用于在QCD硬散射过程的较大和较小动量分数（x）区域中重求和大对数项。通过使用费曼图近似和软胶子异常维数，该方法实现了顶夸克、希格斯玻色子和W玻色子产生过程的稳定、无尺度依赖的截面，且一阶和二阶微扰计算显示尺度依赖性显著降低，与实验数据的符合度提高，尤其在二胶子喷注的方位角非关联性以及多胶子末态的BFKL预测方面表现优异。

ABSTRACT

We discuss different resummations of large logarithms that arise in hard-scattering cross sections of quarks and gluons in regions of large and small x. The large-x logarithms are typically dominant near threshold for the production of a specified final state. These soft and collinear gluon corrections produce large enhancements of the cross section for many processes, notably top quark and Higgs production, and typically the higher-order corrections reduce the factorization and renormalization scale dependence of the cross section. The small-x logarithms are dominant in the regime where the momentum transfer of the hard sub-process is much smaller than the total collision energy. These logarithms are important to describe multijet final states in deep inelastic scattering and hadron colliders, and in the study of parton distribution functions. The resummations at small and large x are linked by the eikonal approximation and are dominated by soft gluon anomalous dimensions. We will review their role in both contexts and provide some explicit calculations at one and two loops.

研究动机与目标

• 解决微扰QCD截面中由于虚修正与实修正之间不完全抵消而引起的尺度依赖性问题。
• 建立统一的框架，用于在大-x（阈值）和小-x（BFKL）区域中重求和软胶子修正。
• 提升高横动量下顶夸克对产生、希格斯玻色子产生以及W玻色子产生等硬散射过程的理论精度。
• 将共线效应纳入BFKL形式体系，以稳定振荡行为，并增强对二胶子喷注和前向喷注产生的现象学预测能力。
• 在费曼图近似下，对涉及重夸克的反应进行显式的单圈和双圈计算。

提出的方法

• 利用费曼图近似重求和软胶子修正，这些修正在大-x和小-x动力学区域中占主导地位。
• 在两种重求和区域中应用软胶子异常维数作为主要贡献，从而将大-x和小-x重求和联系起来。
• 采用因子化定理将非微扰部分子分布函数与微扰短距离截面分离。
• 对重夸克产生过程进行显式的单圈和双圈计算，计算共形自旋展开的系数。
• 在BFKL演化核中引入无量纲和跑动耦合修正，以稳定二胶子喷注方位角非关联性的预测。
• 使用共形自旋展开计算角关联，如⟨cos(mϕ)⟩，并评估其快速度依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 来自软胶子和共线胶子发射的大-x对数项如何影响顶夸克和希格斯玻色子产生截面的尺度依赖性？
• RQ2 色结构和运动学在大-x重求和中的作用是什么？它如何稳定微扰预测？
• RQ3 与领先对数近似相比，BFKL核的下一阶对数（NLL）修正如何改善对二胶子喷注方位角非关联性的预测？
• RQ4 共线效应以何种方式修改BFKL形式体系，以抑制多胶子末态中的振荡行为？
• RQ5 在费曼图近似下显式的单圈和双圈计算如何促进重夸克产生中大对数项的重求和？

主要发现

• 大-x重求和显著降低了截面对于因子化和重整化尺度的依赖性，稳定了顶夸克和希格斯玻色子产生过程的预测。
• 通过费曼图近似引入软胶子修正，显著抑制了尺度变化，尤其在下一阶下一阶下一阶（NNNLO）量级下效果明显。
• 对BFKL核的NLL修正降低了二胶子喷注的方位角非关联性，相比LLA近似更接近Tevatron和LHC实验数据。
• NLLA与LLA下⟨cos(ϕ)⟩的比值保持在1.2至1.0之间，表明角关联预测具有良好的收敛性和更高的稳定性。
• 在费曼图近似下进行的显式双圈计算证实了软胶子异常维数的主导作用，并验证了重求和框架在重夸克对产生中的适用性。
• 将共线效应纳入BFKL形式体系，稳定了多胶子末态中截面的振荡行为，尤其在Mueller-Navalet喷注构型中表现显著。