[論文レビュー] Hard color singlet BFKL exchange and gaps between jets at the LHC

Andreas Ekstedt, Rikard Enberg+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 13

ひとこと要約

本稿では、LHCにおけるジェットギャップジェット事象におけるハードなカラーモノレット2グルーオン交換を記述するため、BFKLダイナミクスと修正されたソフトカラーリンク（SCI）モデルを組み合わせたモンテカルロシミュレーションフレームワークを提示する。解像度制限付きのSCIモデルを導入することでギャップ破壊を引き起こすソフトグルーオン交換を低減し、特に部分子多重度が増加する高$E_T$領域で標準的なSCIモデルが失敗するにもかかわらず、CMSのデータを全$E_T$領域で良好に再現した。

ABSTRACT

We explore the perturbative QCD dynamics of hard parton-parton scattering through the exchange of a color singlet two-gluon ladder as described by the BFKL equation, resulting in a rapidity gap between two high transverse momentum jets. Implementing this in a complete Monte Carlo event simulation that also accounts for additional QCD processes at softer scales provides dynamical modeling of gap survival probabilities, which makes possible a detailed comparison with data on such jet-gap-jet events. New data from CMS at the LHC extend the dynamic range of the previous Tevatron data, and can be reproduced reasonably well provided that the Soft Color Interaction model is modified based on the idea of reduced resolution power of softer gluon exchanges. This indicates the need for further theoretical developments in connection with other color exchange processes related to rapidity gaps in the hadronic final state.

研究の動機と目的

• LHCにおける高$p_T$ジェット間のラピディティギャップの原因となるハードカラーモノレットBFKL交換をモデル化すること。
• ギャップ生存の挑戦に応えるために、潜在的なギャップを破壊するソフトQCD効果を動的にシミュレートすること。
• CMSの高転置運動量ジェットギャップジェットデータをよりよく記述できるよう、標準的なソフトカラーリンク（SCI）モデルを改善すること。
• 小$x$QCD過程におけるギャップ生存確率の理論的かつ現象論的に妥当な、動的根拠に基づくフレームワークを提供すること。
• 現在のソフトグルーオン交換モデルにおける理論的欠陥を特定し、ソフトカラーリンク交換の限界的解像度に基づいて改善策を提案すること。

提案手法

• 非フォワードBFKL方程式を解き、カラーモノレット2グルーオンラダーを介した弾性部分子-部分子散乱の振幅を計算し、ハード過程を形成する。
• BFKL振幅はPythia 6.4モンテカルロイベントジェネレータに実装され、部分子シャワー、マルチパートオン相互作用、およびルンドストリングモデルによるハドロン化を含む。
• ソフトカラーリンク（SCI）モデルを用いて、ラピディティギャップを破壊する可能性のあるソフトグルーオン交換をシミュレートし、部分子クラスタ間の色交換に固定確率を導入した修正版を導入する。
• 修正されたSCIモデルは、ソフトグルーオンの解像度が限られていると仮定し、高$E_T$における有効な色荷の相互作用とギャップ破壊を低減する。
• シミュレーションにはパートオン分布関数（PDFs）との畳み込みが含まれており、クォーク-クォークおよびグルーオン-グルーオン散乱の寄与を両方とも考慮する。
• モデルはCMS 7 TeVのジェットギャップジェットデータに対して検証され、$\Delta\eta$および$E_{T}$のビンごとの比較が行われた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 動的ギャップ生存モデリングを備えたBFKLベースのハード過程は、LHCエネルギー下での観測されたジェットギャップジェット断面積を再現できるか？
• RQ2 なぜ標準的なソフトカラーリンク（SCI）モデルはCMSの高$E_T$ジェットギャップジェットデータを記述できないのか？
• RQ3 高部分子多重度におけるギャップ破壊の過剰推定を低減するため、ソフトグルーオン交換の解像度能力をどのようにモデル化できるか？
• RQ4 低$E_T$領域での一致を保ちつつ、高$E_T$CMSデータとの一致を達成するためにSCIモデルに必要な修正は何か？
• RQ5 QCDに基づく、解像度制限付きの色交換メカニズムは、小$x$過程におけるギャップ生存のより堅牢な理論的基盤を提供できるか？

主な発見

• 標準的なSCIモデルは高ジェット転置運動量（$E_T > 100$ GeV）におけるギャップ生存確率を低く見積もっており、CMSデータと比較して生存ギャップの数が少なすぎる予測をしている。
• ソフトグルーオン交換の解像度が限られていることを仮定した修正SCIモデルは、特に高$E_T$ビンにおいてCMSデータとの一致を顕著に改善した。
• 改善されたモデルは、ソフトグルーオン交換における有効な色荷相互作用の数を減らすことで、高$E_T$における生存ギャップの予測率を向上させた。
• モデルは、テバトロンデータと重複する$E_T$範囲において、$\Delta\eta$および$E_T$依存性の両方を良好に記述し、エネルギー跨ぎでの一貫性を裏付けた。
• 修正モデルの成功は、ソフトグルーオンが個々の部分子を解像できないという物理的考えを支持しており、結果として有効なギャップ破壊相互作用が減少する。
• 結果は、特にドリフト的過程およびQCDに基づく動的色交換形式主義の文脈において、ソフトカラーリンク交換モデルのさらなる理論的発展の必要性を強調している。