[論文レビュー] Looking inside jets: an introduction to jet substructure and boosted-object phenomenology

Simone Marzani, Grégory Soyez+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2019

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 58

ひとこと要約

教科書的な講義ノートのセットで、QCDにおける jet サブストラクチャー、グルーミング、ブーストされたオブジェクトの現象論を紹介し、理論、観測量、LHCでの応用を強調する。

ABSTRACT

The study of the internal structure of hadronic jets has become in recent years a very active area of research in particle physics. Jet substructure techniques are increasingly used in experimental analyses by the LHC collaborations, both in the context of searching for new physics and for Standard Model measurements. On the theory side, the quest for a deeper understanding of jet substructure algorithms has contributed to a renewed interest in all-order calculations in QCD. This has resulted in new ideas about how to design better observables and how to provide a solid theoretical description for them. In the last years, jet substructure has seen its scope extended, for example, with an increasing impact in the study of heavy-ion collisions, or with the exploration of deep-learning techniques. Furthermore, jet physics is an area in which experimental and theoretical approaches meet together, where cross-pollination and collaboration between the two communities often bear the fruits of innovative techniques. Despite the wealth of literature on this topic, we feel that a comprehensive and, at the same time, pedagogical introduction to jet substructure is still missing. This makes the endeavour of approaching the field particularly hard, as newcomers have to digest an increasing number of substructure algorithms and techniques, too often characterised by opaque terminology and jargon. Furthermore, while first-principle calculations in QCD have successfully been applied in order to understand and characterise the substructure of jets, they often make use of calculational techniques, such as resummation, which are not the usual textbook material. Thus, the idea of combining our experience in different aspects of jet substructure phenomenology to put together this set of lecture notes, which we hope could help and guide someone who moves their first steps in the physics of jet substructure.

研究の動機と目的

• QCD ジェットからの区別のツールとして、ブーストされた電弱スケール共振体を識別する手段として jet サブストラクチャーの研究を動機づける。
• ジェット物理に関連する衝突でのQCDについて、自己完結型で教育的な入門を提供する。
• ジェット内部構造を分析するために用いられるジェットアルゴリズム、グルーミング技術、観測量を概説する。
• ジェット質量分布とグルーミングの影響を理解するために、解析とモンテカルロの比較を提示する。
• 検索・測定への応用、および理論と実験の橋渡しを強調する。

提案手法

• ジェットに関連するソフト/コリニアリミットにおけるQCD理論と因子分解のレビュー。
• 摂動計算とジェット観測量におけるIRC安全性の役割を説明する。
• ジェットアルゴリズム（逐次再結合法とコーン法）と実験的考慮事項を論じる。
• グルーミングの有無によるジェット質量分布を分析し、全階層の再サマリゼーション概念を示す。
• サブストラクチャーツール（グルーミングツール、プリンプファインダー、ジェット形状観測量）とそれらの解析的理解を紹介する。
• 解析的予測とモンテカルロシミュレーションを比較して非摂動的効果を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QCDのソフト・コリニアリミットにおいてジェットサブストラクチャー観測量をどのように解析的に理解できるか？
• RQ2 グルーミング技術がジェット質量分布と関連観測量に与える影響は何か？
• RQ3 グルーミングとサブストラクチャーツールは、ブーストされた共振体からの信号ジェットと背景QCDジェットをどう識別するのに役立つか？
• RQ4 再サマリゼーションと因子分解アプローチ（例：コヒーレントブランチ、SCET）がジェット観測量を記述する上で果たす役割は何か？
• RQ5 LHCでの検索と測定に対して、ジェットサブストラクチャー手法をどのように堅牢に適用できるか？

主な発見

• ジェットサブストラクチャー手法は、検索と標準模型測定の両方のLHC解析で中心的役割を果たすようになった。
• グルーミングはソフトで非摂動的な効果への感度を低減し、第一原理計算との比較を容易にする。
• 解析的理解のジェット質量 under grooming demonstrates the interplay of all-order resummation and non-perturbative corrections.
• Quark/gluon discrimination and multi-prong tagging can be studied within analytic frameworks using angularities, ECFs, and related observables.
• Substructure methods extend beyond boosted bosons to heavy-ion physics and novel ML-based approaches.