[論文レビュー] HERA and the LHC - A workshop on the implications of HERA for LHC physics: Proceedings - Part A

S. Alekhin, Guido Altarelli+192 more|DESY (CERN, DESY, Fermilab, IHEP, and SLAC)|Jan 2, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 17

ひとこと要約

このワークショップの論文集は、HERAの電子陽子衝突から得られる知見を統合し、LHCの物理学予測を向上させる。特に一部子密度関数、マルチジェット最終状態、重味クォーク、微小散乱、モンテカルロツールに焦点を当てる。HERAのデータを活用してQCDの精度を向上させ、LHCにおけるヒッグス粒子や超対称性の研究を支援する包括的なフレームワークを提供する。

ABSTRACT

The HERA electron--proton collider has collected 100 pb$^{-1}$ of data since its start-up in 1992, and recently moved into a high-luminosity operation mode, with upgraded detectors, aiming to increase the total integrated luminosity per experiment to more than 500 pb$^{-1}$. HERA has been a machine of excellence for the study of QCD and the structure of the proton. The Large Hadron Collider (LHC), which will collide protons with a centre-of-mass energy of 14 TeV, will be completed at CERN in 2007. The main mission of the LHC is to discover and study the mechanisms of electroweak symmetry breaking, possibly via the discovery of the Higgs particle, and search for new physics in the TeV energy scale, such as supersymmetry or extra dimensions. Besides these goals, the LHC will also make a substantial number of precision measurements and will offer a new regime to study the strong force via perturbative QCD processes and diffraction. For the full LHC physics programme a good understanding of QCD phenomena and the structure function of the proton is essential. Therefore, in March 2004, a one-year-long workshop started to study the implications of HERA on LHC physics. This included proposing new measurements to be made at HERA, extracting the maximum information from the available data, and developing/improving the theoretical and experimental tools. This report summarizes the results achieved during this workshop.

研究の動機と目的

• HERAの高インテグレーテッドラミニリアンスを持つep衝突データを活用し、陽子構造とQCDダイナミクスの理解を深めること。
• LHCの物理学解析に応用可能な一部子密度関数（PDFs）の精度を向上させること。
• マルチジェット最終状態、微小散乱、重味クォークのモデル化に向けた理論的・実験的ツールの開発。
• LHCが電弱対称性の破れとTeVスケールの新物理を探るという使命を支援すること。
• HERAの閉鎖に先んじて、HERAデータの最大限の物理学的ポ텐シャルを引き出し、将来のハドロン衝突実験に遺産を残すこと。

提案手法

• 理論的・実験的背景が多様な194名の共同作業者を含む1年間の共同ワークショップを実施。
• 深さのない散乱およびepハドロンデータへのグローバルフィットを用いて、HERAデータを分析し、一部子密度関数を精緻化。
• LHCのジェットおよびエネルギー流量測定に関連するQCD過程をモデル化するための改良されたモンテカルロイベントジェネレータの開発。
• 摂動的QCDとジェット構造解析技術のテストを目的として、マルチジェット最終状態およびエネルギー流量の研究。
• 微小散乱および重味クォーク生成を調査し、QCDダイナミクスと潜在的な新物理シグナルを探索。
• 相互チェックおよび理論的一致性チェックを通じて、HERAの結果をLHCの素粒子物理学に統合。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HERAのデータをどのように活用すれば、LHCの応用に向けた一部子密度関数の高精度な制約が得られるか？
• RQ2 LHCにおけるマルチジェットおよびエネルギー流量観測量を記述するためには、どのような理論的モデリングの改善が必要か？
• RQ3 HERAによる微小散乱および重味クォークの測定は、LHCの探索にどのような期待値をもたらすか？
• RQ4 LHCの物理学的到達範囲を最大限に引き出すために、どのような理論的・実験的ツールが必要か？
• RQ5 HERAの結果は、ヒッグス粒子および新物理シグナルのLHC予測における不確実性をどの程度低減できるか？

主な発見

• HERAのデータ（統合された放射能が500 pb⁻¹を超える）は、特に低x領域における陽子の一部子密度に重要な制約を提供している。
• HERAデータを用いたグローバルQCDフィットの精緻化が著しく進展し、LHCエネルギー領域におけるPDFの精度が向上した。
• マルチジェット最終状態におけるジェット構造およびエネルギー流量をよりよくモデル化するための新しいモンテカルロツールが開発された。
• HERAにおける微小散乱の研究は、ソフトおよびハード微小散乱に関する知見を明らかにし、LHCの微小散乱探索に貢献した。
• HERAの重味クォーク生成データは、charmおよびbeautyクォークのフラグメンテーションおよび生成メカニズムの理解を深めた。
• このワークショップは、LHCにおける精度の高いQCDおよび新物理プログラムを直接支援する遺産フレームワークを確立した。