[論文レビュー] A note on the CDF high-p_t charged particle excess

Matteo Cacciari, Gavin P. Salam+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 23被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、CDF実験で観測された高エネルギーの高pT荷電粒子の過剰を、荷電粒子断面積とジェット断面積の比較によって、QCD因子化の破綻を除外する。80 GeV以上では、両者のスペクトルが同等の大きさになることが示され、ジェット内での粒子運動量割合のデータ（1つのハドロンが90％以上の運動量を有するのはわずか0.1％にとどまる）は、高pTジェットが1つのハドロンに支配されているという仮説を否定し、因子化破綻仮説を無効にする。過剰は未解明のままだが、新しい物理学的要因や実験的アーチファクトによるものではない可能性が高い。

ABSTRACT

It has recently been pointed out that CDF data for the cross section of high-p_t charged particles show an excess of up to three orders of magnitude over QCD predictions, a feature tentatively ascribed to possible violations of factorisation. We observe that for p_t > 80 GeV the measured charged-particle cross sections become of the same order as jet cross sections. Combining this information with data on charged particle distributions within jets allows us to rule out the hypothesis that the CDF data could be interpreted in terms of QCD factorisation violation. We also comment on the difficulty of interpreting the excess in terms of new physics scenarios.

研究の動機と目的

• CDFの高pT荷電粒子過剰がQCD因子化の破綻によって説明可能かどうかを評価すること。
• 同じテバトロンデータからの包含的ジェットおよび荷電粒子スペクトルを用いて、過剰が既知のQCDダイナミクスと整合するかを検証すること。
• Rハドロンや長寿命粒子のような、奇妙な新しい物理学が原因で過剰が生じる可能性を評価すること。
• 観測された効果が実験的アーチファクトやデータの誤解釈によるものである可能性を特定すること。

提案手法

• 高pT（80 GeV以上）において、CDFの包含的荷電粒子断面積と包含的ジェット断面積を比較し、両者のスペクトルが大きさで同等になることを確認する。
• CDFのジェットデータ（ktアルゴリズム、R=0.5）とNLO QCD予測（FastNLO、NLOJet++）を用いてジェットスペクトルの妥当性を検証する。
• CDFの二ジェット事象におけるジェット内荷電粒子の運動量割合分布（図3）を分析し、ジェット運動量の90％以上を1つのハドロンが担う割合を重点的に検討する。
• 運動量割合分布C(x)の(n−1)次モーメントを計算し、荷電粒子とジェットスペクトルの比を予測する。ジェットスペクトルのpt−nの低下からn ≈ 6が得られる。
• Rハドロンやその他の奇妙な新しい物理学のシナリオと過剰の整合性を評価し、検出効率の低下や運動量未測定の兆候を考慮する。
• 信号イベントの直接的検査を提案し、pTとエネルギー吸収の不一致、飛行時間遅延、遅延崩壊などの異常を特定し、真の粒子と誤って再構成されたトラックを区別する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CDFの高pT荷電粒子過剰は、分岐関数におけるQCD因子化の破綻によって説明可能か？
• RQ2 荷電粒子とジェット断面積を高pTで比較した場合、観測された過剰は標準的QCD予測と整合的か？
• RQ3 ジェット内荷電粒子の運動量割合に関するデータは、高pTジェットの大部分の運動量を1つのハドロンが占めているという仮説を排除するか？
• RQ4 Rハドロンや低曲率トラックを示す長寿命粒子のような奇妙な新しい物理学が原因で過剰が生じる可能性はあるか？
• RQ5 イベントレベルのデータに、真の高pTトラックと誤って再構成されたまたは偽のトラックを区別できる明確なシグネチャがあるか？

主な発見

• pT > 80 GeVでは、包含的荷電粒子断面積が包含的ジェット断面積と同程度の大きさになるため、高pTジェットが1つのハドロンに支配されていないことが示唆される。
• CDFのジェット内荷電粒子運動量割合データは、90％以上の運動量を1つのハドロンが担うジェットが約0.1％にとどまることを示しており、ジェット全体が1つのハドロンに支配されているという仮説を否定する。
• C(x)の(n−1)次モーメントから導かれた荷電粒子対ジェットスペクトル比の予測値は約0.006であり、PythiaおよびNLO QCD予測と整合的である。
• QCD因子化の破綻仮説は、高パートンエネルギーで共線的分裂が停止する必要があるため、観測されたジェット内部構造と運動量割合分布と矛盾するため、除外される。
• Rハドロンのような奇妙な新しい物理学のシナリオは、運動量未測定の強い制約とジェットスペクトルの歪みから、可能性が低いとされるが、軽量・中性・長寿命状態のための一部の抜け道は残っている可能性がある。
• 著者らは、過剰が実験的アーチファクトや誤解釈によるものではないと結論づけ、信号イベントの直接的検査を推奨し、新しい物理学やデータ異常を特定する。