[論文レビュー] Forward-Central Jet Correlations at the Large Hadron Collider

Michal Deák, F. Hautmann+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 29, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 41被引用数 51

ひとこと要約

本稿では、LHCにおけるフォワード・センタージェット相関をモデル化するため、急速度および横運動量の対数補正を再まとめたQCD高エネルギー因子化フレームワークを提案する。モンテカルロシミュレーションを用いて、複数のパートン相互作用が単一チェーンのパートンシャワーと比較して、ジェットの角度相関およびエネルギースペクトルを顕著に変化させることを示し、ヒッグス粒子のベクトルボソン融合による探索におけるQCD放射効果の感受性の高いプローブを提供する。

ABSTRACT

For high-pT forward processes at the Large Hadron Collider (LHC), QCD logarithmic corrections in the hard transverse momentum and in the large rapidity interval may both be quantitatively significant. The theoretical framework to resum consistently both kinds of logarithmic corrections to higher orders in perturbation theory is based on QCD high-energy factorization. We present numerical Monte Carlo applications of this method to final-state observables associated with production of one forward and one central jet. By computing jet correlations in rapidity and azimuth, we analyze the role of corrections to the parton-showering chain from large-angle gluon radiation, and discuss this in relationship with Monte Carlo results modeling interactions due to multiple parton chains.

研究の動機と目的

• LHCにおけるフォワードジェット生成において、大規模な急速度および大規模な横運動量対数補正を一貫して再まとめることを目的とした理論的フレームワークの構築。
• 複数のパートン相互作用が、特に単一パートン散乱モデルと比較して、フォワードおよびセンタージェットの急速度および方位角方向の相関に与える影響の調査。
• フォワードジェット最終状態における複数パートンチェーンの明確な運動量的特徴を特定することで、モンテカルロイベントジェネレータのベンチマークを提供すること。
• ヒッグス粒子のベクトルボソン融合過程による探索における、これらの補正がバックグラウンド推定に与える影響の評価。
• 単一および複数パートン相互作用メカニズムを区別するためのエネルギーおよび粒子フロー観測量の関連性の探求。

提案手法

• 物理振幅における高エネルギー極を介して定義される非統一パートン分布関数（uPDFs）を用いたQCD高エネルギー因子化を適用。
• BFKLおよび共線再まとめフレームワークから導かれる、急速度および横運動量における大きな対数を再まとめた摂動的QCD補正を用いる。
• 後向き進化においてグルーオンおよびクォーク初期の両方のチェーンに対して、横運動量依存のパートンシャワーを実装し、一次近似を超えて拡張。
• 数値的モンテカルロシミュレーションを実施し、横運動量および擬似急速度スペクトル、フォワードおよびセンタージェット間の方位角および急速度相関を計算。
• 再まとめ補正を施した単一パートン散乱の結果と、[18, 20]などの複数パートン相互作用モデルの結果を比較し、明確な運動量的特徴を分離。
• 複数パートンチェーンの痕跡を特定するため、$\Delta\phi$（方位角分離）および$\Delta R$（急速度-方位角分離）分布の形状を分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高エネルギーおよび共線対数補正は、LHCにおけるフォワード・センタージェット対の角度的および運動量的分布にどのように影響を与えるか？
• RQ2 単一パートン散乱と比較して、複数のパートン相互作用は、フォワードおよびセンタージェットの急速度および方位角相関をどの程度変化させるか？
• RQ3 単一チェーンと複数チェーンのパートンシャワー・モデル間のジェット相関形状の違いは、実験的にQCD放射メカニズムを区別するために利用可能か？
• RQ4 大規模な急速度差を伴うフォワードジェット生成を正確にモデル化するにあたり、横運動量に依存するパートン分布は果たす役割は何か？
• RQ5 エネルギーおよび粒子フローのパターンは、単一および複数パートン相互作用シナリオの間でどのように異なり、それらは区別に役立つのか？

主な発見

• 高エネルギーおよび横運動量対数補正の組み込みにより、$E_T$スペクトルが顕著にソフト化され、方位角分離の$\Delta\phi$分布の形状も変化する。
• 平均的な方位角分離のコサインは比較的安定しているが、$\Delta\phi$分布の詳細な形状は、有限-$k_T$補正によって強く影響を受ける。
• 複数のパートン相互作用はグルーオン放出をより大きな縦運動量分率$x$へとシフトさせ、単一チェーンシャワーと比較してジェット生成の運動量構造を変える。
• 単一チェーンと複数チェーンのメカニズムの間で$\Delta R$分布および方位角相関に顕著な違いが観察され、実験的区別に可能性を示唆する。
• 分析から、ジェット間領域における粒子およびエネルギーフローの測定が、角度相関のみに依存する場合よりも、単一および複数パートン相互作用モデルを区別する上でより強い識別力を持つ可能性がある。
• 結果は、特に大規模な急速度差が生じる状況において、ヒッグス粒子のベクトルボソン融合による探索におけるQCD放射バックグラウンド推定の定量的フレームワークを提供する。