[論文レビュー] Diffraction, forward physics and soft QCD results from CMS

R. Ciesielski|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、7および8 TeVの中心系エネルギーにおける最新のCMS測定結果を提示し、特に微小散乱、フォワード物理学、および二重部分子散乱（DPS）に焦点を当てる。低積層の陽子-陽子衝突データを用いて、包括的単一および二重微小散乱断面積、準垂直度分布、リーディング粒子およびジェット断面積、およびDPSの効果的断面積を測定した。その結果、標準的なモンテカルロモデルでは、特にDPS支配領域においてデータを完全に記述できず、Pythia8のようなイベントジェネレータの新たなチューニングが不可欠であることが示された。

ABSTRACT

We report on the recent CMS measurements of soft hadron-hadron production, including the measurements of inclusive single- and double-diffractive cross sections, as well as the measurement of pseudorapidity distributions, and of the leading charged particle and leading jet cross sections. We present the cross sections for low-pT forward jets production, and production of dijets with large rapidity separation (central-forward, and forward-backward jets). Studies of double parton scattering using four-jet and W+2-jet events, and the cross sections for Drell-Yan with associated jet production are discussed as well. The results, corresponding to the proton-proton center-of-mass energy of 7 or 8 TeV, are compared to predictions of various Monte Carlo models.

研究の動機と目的

• LHCにおけるソフトハドロン-ハドロン相互作用の理解を深めるために、包括的単一および二重微小散乱断面積を測定すること。
• 準垂直度および横運動量分布を用いて、高多重度イベントにおけるリーディング荷電粒子およびジェットのダイナミクスを調査すること。
• 4ジェットおよびW+2ジェット最終状態を通じてDPSを調べ、効果的DPS断面積を抽出すること。
• Drell-Yanおよび関連ジェット生成を用いて、摂動的QCDおよび非摂動的モデルのソフトQCD領域における妥当性を検証すること。
• Pythia、Herwig++、EPOS、QGSJet-II-04の予測とデータを比較することで、モンテカルロイベントジェネレータのパラメータを制約およびチューニングすること。

提案手法

• 微小散乱イベントは、CMS検出器における大きな準垂直度ギャップ（LRG）を用いて選別された。フォワードLGGは、ηの範囲-6.6 < η < -5.2に位置するCASTORコメルの検出により特定された。
• 微分断面積は、ξ（陽子の運動量損失）およびΔη（中央ギャップ幅）の関数として測定され、単一および二重微小散乱寄与を分離するためにバックグラウンド補正が施された。
• 非標準的なLHCオプティクス（β* = 90 m）を用いたCMSおよびTOTEMデータの統合から、荷電粒子の準垂直度分布が抽出された。イベントはNSDおよびSD強化サンプルに分類された。
• リーディング荷電粒子およびジェット断面積は、横運動量のしきい値pT,minの関数として測定され、それぞれ|η| < 2.4および|η| < 1.9の領域で統合された。
• 二重部分子散乱は、4ジェットおよびW+2ジェット最終状態を通じて研究され、Δrel pTおよびΔSという運動量変数を用いて、テンプレートフィットによりDPSと単一部分子散乱（SPS）を分離した。
• Drell-Yan断面積は、μミュオン対の横運動量pT^μμの関数として微分的に測定され、初期状態の部分子シャワーを含むMadGraph+Pythia6シミュレーションと比較された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 7–8 TeVの陽子-陽子衝突における単一および二重微小散乱過程の微分断面積を、現在のモンテカルロモデルがどの程度正確に記述できるか。
• RQ2 4ジェットおよびW+2ジェット最終状態における二重部分子散乱（DPS）の効果的断面積σeffは何か。理論的予想と比較するとどうなるか。
• RQ3 標準的なイベントジェネレータは、非単一微小散乱および単一微小散乱強化サンプルにおける荷電粒子の準垂直度分布をどの程度正確に再現できるか。
• RQ4 初期状態の部分子シャワーは、関連ジェット生成を伴うDrell-Yan過程におけるソフトグルーオンの再結合の記述にどのように影響するか。
• RQ5 データは、特にDPS支配領域において、モンテカルロチューニングのパラメータを制約できるか。

主な発見

• ξの関数として測定された単一微小散乱断面積は、ε = 0.08のPythia8-MBRで最もよく記述されるが、Pythia8-4cおよびPythia6はその低下傾向を再現できない。
• Δηの関数としての二重微小散乱断面積は、準垂直度ギャップ幅が3単位を超える領域では、モンテカルロ予測と合理的に一致している。
• 4ジェットイベントにおける効果的DPS断面積はσeff = 21.3+1.2−1.6 mbとして測定され、Pythia8-4cのデフォルト値30.3 mbよりも顕著に低く、新たなチューニングの必要性を示唆した。
• W+2ジェットイベントでは、DPS寄与率fDPS = 0.055 ± 0.002（統計）± 0.014（系誤差）が得られ、σeff = 20.7 ± 0.8（統計）± 6.6（系誤差）mbとなった。これはATLASおよびTevatronの結果と整合的であった。
• 包括的Drell-Yan生成におけるμミュオン対のpT^μμスペクトルは、低pT領域でソフトグルーオン再結合に起因して上昇しており、初期状態部分子シャワーを含むシミュレーションでよく記述された。
• NSDおよびSD強化サンプルにおける荷電粒子の準垂直度分布を、標準的なモンテカルロモデルが一貫して再現できないことから、現在の非摂動的モデル化における限界が浮き彫りになった。