Charm Production in Deep Inelastic Scattering: Mellin Moments of Heavy Flavor Contributions to F2(x,Q^2) at NNLO

تولید کوارک‌های سنگین در آزمایش‌های پرانرژی، زمینه‌ای غنی برای مطالعه، هم از نظر تجربی و هم از لحاظ نظری، فراهم می‌کند. با توجه به جرم کوارکی اضافی، توصیف این فرآیندها در چارچوب QCD آشفته بسیار بیشتر از آنهایی است که فقط شامل پارتون های بدون جرم هستند. در دو دهه گذشته، حجم زیادی از داده‌های دقیق توسط آزمایش HERA عمیق غیرالاستیک جمع‌آوری شده است. به منظور استفاده کامل از این داده ها، توصیف نظری دقیق تری از تولید کوارک جذابیت در پراکندگی عمیق غیرالاستیک مورد نیاز است. این کار با اولین محاسبه گشتاورهای ثابت اصلاحات طعم سنگین NNLO به تابع ساختار پروتون F₂ در حد یک جرم کوارک جذاب و کوچک می پردازد. برخورد صحیح با این اصطلاحات نه تنها امکان تجزیه و تحلیل دقیق‌تر داده‌های HERA را فراهم می‌کند، بلکه از آنجا شروع به تعیین دقیق‌تر توابع توزیع پارتون و ثابت جفت قوی‌تر می‌کند، که یک ورودی ضروری برای فیزیک LHC است.
پیچیدگی این محاسبه مستلزم بکارگیری و توسعه روشهای فنی و ریاضی است که در اینجا نیز به تفصیل توضیح داده شده است.

The production of heavy quarks in high-energy experiments offers a rich field to study, both experimentally and theoretically. Due to the additional quark mass, the description of these processes in the framework of perturbative QCD is much more demanding than it is for those involving only massless partons. In the last two decades, a large amount of precision data has been collected by the deep inelastic HERA experiment. In order to make full use of these data, a more precise theoretical description of charm quark production in deep inelastic scattering is needed. This work deals with the first calculation of fixed moments of the NNLO heavy flavor corrections to the proton structure function F₂ in the limit of a small charm-quark mass. The correct treatment of these terms will allow not only a more precise analysis of the HERA data, but starting from there also a more precise determination of the parton distribution functions and the strong coupling constant, which is an essential input for LHC physics.
The complexity of this calculation requires the application and development of technical and mathematical methods, which are also explained here in detail.