[論文レビュー] Forward jets in hadron-hadron collisions

F. Hautmann|arXiv (Cornell University)|Jan 13, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 33被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、LHCにおけるpp衝突におけるフォワードジェット生成の高エネルギー因子化フレームワークを構築し、急速度および横運動量における大きな対数補正の再結合を組み込む。非共線的で有限角度のグルーオン放射がフォワード・セントラルジェット相関に顕著な影響を及ぼし、特に高横運動量において、その特徴的なシグネチャが方位角および角度分布に現れ、複数パートン相互作用とは明確に区別可能であることが示された。

ABSTRACT

This talk discusses basic aspects of forward production of jets in pp collisions at high energy, including i) issues on QCD factorization for hard processes at large rapidities, and ii) the role of forward jet measurements at the LHC to investigate contributions to parton showers from large-angle gluon radiation and from multiple parton interactions.

研究の動機と目的

• フォワードジェット生成の理論的枠組みを確立し、複数のエネルギースケールと非対称なパートン運動量構造を扱う。
• 大角度グルーオン放射および複数パートン相互作用がフォワードジェット最終状態をどのように形作るかを調査する。
• フォワード・セントラルジェット相関を用いて、高次のQCD補正とマルチパートオン相互作用の寄与を分離する。
• 小-x領域における非統合パートオン分布関数（uPDF）およびBFKL型再結合の影響を評価する。
• モンテカルロイベントジェネレータのQCDチューニングおよびベクトルボソン融合経路によるヒッグス粒子探索のための事象的入力を提供する。

提案手法

• 固定横運動量における高エネルギー因子化を用い、BFKL型急速度対数および共線型横運動量対数の両方を一貫して再結合する。
• 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合パートオン分布関数（uPDF）を用い、小-xグルーオンのゲージ不変な取り扱いを可能にする。
• kT因子化断面積公式：$ d\tilde{\rho}/dQ_t^2 d\theta = \nabla \big( \tilde{\rho}_{a/A} \bigotimes \tilde{\rho}_{g^*/B} \bigotimes \tilde{\rho}_{\text{hard}} \big) $ を適用し、縦方向および横方向運動量における畳み込みを実施する。
• 複数パートン相互作用を含む・含まない両方のイベントジェネレータ（Cascade, Pythia）の予測を比較し、非共線的シャワー効果を分離する。
• フォワードジェットとセントラルジェット間の方位角（$\Delta\phi$）および角度（$\Delta R$）相関を分析し、ジェット構造および放射パターンを調べる。
• モンテカルロシミュレーションを用いて非共線的補正をモデル化し、マルチパートオン相互作用効果との区別可能性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パートンシャワーにおける非共線的で有限角度のグルーオン放出が、共線的近似と比較してフォワードジェット観測量にどの程度影響を及えるか。
• RQ2 フォワード・セントラルジェット相関を用いて、高次のQCD補正と複数パートン相互作用の寄与をどのように分離できるか。
• RQ3 BFKL型再結合およびuPDFの進化が、高急速度におけるフォワードジェット生成に与える定量的影響は何か。
• RQ4 行列要素内のパートオンに対するジェットの$\Delta R$分布は、ハード放射とシャワー効果を区別できるか。
• RQ5 これらの効果は、ベクトルボソン融合経路によるヒッグス粒子探索におけるバックグラウンド推定にどのように影響を及えるか。

主な発見

• 非共線的補正は、$\Delta R = \sqrt{\Delta\phi^2 + \Delta\eta^2}$ 分布の大きな$\Delta R$領域を顕著に増幅させ、特に高横エネルギーにおいて顕著である。
• $E_T > 30$ GeVの領域では、Cascade（非共線的シャワー）におけるフォワード・セントラルジェット間の方位角分離（$\Delta\phi$）が、複数パートン相互作用を含むPythiaよりも大きい。これはマルチパートオン効果をはるかに超える明確なシグネチャを示している。
• $E_T > 10$ GeVの領域では、$\Delta\eta > 4$ の領域でCascadeとPythia（複数パートン相互作用あり）の差が顕著であり、非共線的モデルはより強い分離を予測する。
• 高$E_T$領域では複数パートン相互作用の影響が薄れる一方、非共線的補正は依然として支配的であり、ハードジェット構成におけるその独自の役割が示された。
• フォワード・セントラルジェット相関は、中央ジェット系を越えて初期状態放射モデルの検証およびモンテカルロイベントジェネレータのチューニングに有用なクリーンなプローブを提供する。
• 結果は、フォワードジェット測定が小-x、高密度領域におけるQCD力学を制約し、宇宙線大気シャワーのモデル化を改善するのに役立つことを支持する。