[論文レビュー] High-multiplicity final states and transverse-momentum dependent parton showering at hadron colliders

F. Hautmann|ArXiv.org|Sep 7, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 18被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、特に大角度の多グルーオン放射が顕著になる場合に、LHCにおける高多重度最終状態の正確なモンテカルロシミュレーションのため、横運動量に依存する（TMD）パートンシャワリングが必須であると提唱する。高エネルギーにおいて因子化されるTMD分裂関数を組み込むことで、非共線的干渉効果を考慮し、ジェット相関や重いフレーバー粒子生成の記述を改善する。標準的な共線シャワーでは捉えきれない主要な有限-k⟂補正を、特に小径方向角領域で捉えることが可能になる。

ABSTRACT

If large-angle multigluon radiation gives significant contributions to parton showers in the LHC high-energy region, appropriate generalizations of parton branching methods are required for Monte Carlo simulations of exclusive high-multiplicity final states. We discuss the use in this context of transverse-momentum dependent kernels which factorize in the region of high energies. We give examples based on ep and p pbar multi-jet data, and point to possible developments for distributions associated with massive final states at the LHC.

研究の動機と目的

• LHCにおける高多重度最終状態の記述において、大角度の多グルーオン放射が顕著になる状況で、標準的な共線パートンシャワーの限界を克服すること。
• 初期状態シャワーにおける非共線的干渉効果を考慮する、横運動量に依存する（TMD）パートンシャワーのフレームワークを構築すること。
• NLOを超える有限-k⟂補正を含めることで、二ジェットの方位角相関および重いクォーカーモノニウム/b-ジェット生成の記述を改善すること。
• 高エネルギーにおける排他的最終状態において、TMDシャワー補正とマルチパートン相互作用の寄与の相対的役割を評価すること。
• TMDシャワー技術をフォワードラピディティおよび質量のある最終状態過程へ拡張する基盤を構築すること。

提案手法

• 高エネルギー極限における因子化QCDマルチパートン行列要素から導かれた横運動量に依存する（TMD）分裂関数を用いる。
• 初期状態パートン連鎖の全横運動量に依存するTMDカーネルを適用し、標準的な共線分岐を一般化する。
• グルーオンの干渉を共線順序を超えて捉えるために、分裂関数への有限-k⟂補正を組み込む。特に小Δϕ領域で顕著である。
• 初期状態シャワーの物理的入力として、標準的な共線PDFに代えて非統合パートン密度（uPDFs）を用いる。
• epおよびp¯pデータを用いて、TMDベースのシャワー（例：Cascadeモンテカルロ）と共線シャワー（例：Herwig）および固定オーダーNLO計算の結果を比較する。
• 高エネルギーにおけるグルーオン分裂関数g→QQ¯のモーメント空間における三重極限特異性の影響を分析し、非共線的構成を強化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 横運動量に依存するパートンシャワー核は、高多重度最終状態における二ジェットの方位角相関をどのように改善するか？
• RQ2 TMD分裂関数における有限-k⟂補正は、小Δϕにおけるb-ジェットの方位角相関構造にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ3 TMDシャワーは、標準的な共線シャワーやMC@NLOが見逃す主要な摂動的補正を、高エネルギー・マルチスケール過程で捉えることができるか？
• RQ4 LHCにおける排他的最終状態において、TMDシャワー補正とマルチパートン相互作用の寄与の相対的寄与度は何か？
• RQ5 TMD効果は、b-ジェットや中央スカラー bosonなどの質量のある最終状態の記述にどのように影響を与えるか？

主な発見

• TMDパートンシャワーは、標準的な共線シャワーおよびNLO計算がHERAデータを再現できない小Δϕ領域において、二ジェットの方位角相関の記述を顕著に改善する。
• TMDカーネルに基づくCascadeモンテカルロは、小Δϕおよび小Δpt領域で共線シャワーから顕著にずれる結果を示し、非共線的・有限-k⟂効果の重要性を示している。
• 分裂関数への有限-k⟂補正は、小Δϕ領域における支配的挙動を捉えるために不可欠であり、Mellin変換における三重極限特異性のため、これにより1次補正としての寄与が顕著になる。
• 高エネルギーにおけるg→QQ¯分裂関数の三重極限特異性は、非共線的構成を強化し、共線的またはNLO手法では捉えきれない顕著な補正を生じる。
• これらのTMD効果は、LHCにおいてますます重要になるものと予想され、特にb-ジェットおよび中央スカラー boson生成において、理論的不確実性を低減し、数値的安定性を向上させる可能性がある。
• 本研究は、TMDシャワー補正が排他的最終状態において無視できない可能性があり、高多重度過程のモンテカルロジェネレータに体系的に組み込むべきであると示唆している。