[論文レビュー] Measurement of multidifferential cross sections for dijet production in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

CMS Collaboration, Tumasyan, Armen+2318 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 1

ひとこと要約

本論文では、CMSが取得した36.3 fb⁻¹のデータを用いて、√s = 13 TeVの陽子-陽子衝突におけるジジェット生成の多微分断面積測定を報告する。R = 0.4およびR = 0.8のアンチ-kTジェットクラスタリングを用い、ジェットの速さ、不変質量、および横運動量に関して、2次元（2D）および3次元（3D）の二重微分および三重微分測定を実施。検出器効果をアンフォールドし、NNLO pQCD予測と比較した結果、αS(mZ) = 0.1179 ± 0.0019が得られた。

ABSTRACT

A measurement of the dijet production cross section is reported based on proton-proton collision data collected in 2016 at $\sqrt{s}$ = 13 TeV by the CMS experiment at the CERN LHC, corresponding to an integrated luminosity of up to 36.3 fb$^{-1}$. Jets are reconstructed with the anti-$k_\mathrm{T}$ algorithm for distance parameters of $R$ = 0.4 and 0.8. Cross sections are measured double-differentially (2D) as a function of the largest absolute rapidity $\lvert y_ ext{max} vert$ of the two jets with the highest transverse momenta $p_\mathrm{T}$ and their invariant mass $m_{1,2}$, and triple-differentially (3D) as a function of the rapidity separation $y^*$, the total boost $y_\mathrm{b}$, and either $m_{1,2}$ or the average $p_\mathrm{T}$ of the two jets. The cross sections are unfolded to correct for detector effects and are compared with fixed-order calculations derived at next-to-next-to-leading order in perturbative quantum chromodynamics. The impact of the measurements on the parton distribution functions and the strong coupling constant at the mass of the Z boson is investigated, yielding a value of $\alpha_\mathrm{S}$ = 0.1179 $\pm$ 0.0019.

研究の動機と目的

• √s = 13 TeVの陽子-陽子衝突における二重および三重微分ジジェット断面積を高精度で測定すること。
• 高多重ジェット最終状態を用いてグルーオン部分子分布関数および強い結合定数αSを調べること。
• 次々に高次の固定順序量子色力学（NNLO）予測を検証すること。
• 高精度LHCデータの統合により、グローバルPDFセットおよびαS(mZ)の制約を強化すること。
• 広い位相空間にわたり、QCD予測と実験データの整合性を検証すること。

提案手法

• 13 TeVの陽子-陽子衝突データ36.3 fb⁻¹から、R = 0.4およびR = 0.8のアンチ-kTアルゴリズムを用いて再構成されたジェットを使用。
• |y|maxおよびm1,2に関する二重微分断面積、およびy∗、yb、m1,2または⟨pT⟩1,2に関する三重微分断面積を測定。
• 反復的ベイズ手法を用いて、検出器のエネルギー分解能および受容領域効果を補正するアンフォールド技術を適用。
• 完全なハドロン行列要素および部分子分布関数を用いた固定順序NNLO pQCD計算と結果を比較。
• 新規データを統合したグローバルPDFフィットを実施し、αS(mZ)の抽出およびグルーオンおよびクォークPDFの制約強化を図った。
• 公開アクセスおよび将来のグローバルフィットのため、全表形式の結果をHEPDataにリリースした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 13 TeVにおける多微分ジジェット断面積は、異なる運動量領域においてNNLO pQCD予測とどのように一致するか？
• RQ2 これらの高精度測定は、Zボソン質量スケールにおける強い結合定数αSの決定にどのような影響を及えるか？
• RQ3 2Dおよび3Dの観測量は、部分子分布関数およびジェットトポロジーにどの程度感度を示すか？
• RQ4 これらのデータは、グローバルPDFフィットにおけるグルーオンおよびクォークPDFの制約をどの程度改善するか？
• RQ5 y∗およびybにおける測定分布は、部分子散乱角および運動量の不均衡に基づく理論的期待値とどの程度一致するか？

主な発見

• |y|maxおよびm1,2に関する測定された二重微分断面積は、全位相空間においてNNLO pQCD予測と良好に一致した。
• y∗、yb、m1,2に関する三重微分断面積は、2D測定と比較してグルーオンPDFおよびジェットトポロジーに高い感度を示した。
• これらのデータをグローバルPDFフィットに統合した結果、αS(mZ) = 0.1179 ± 0.0019という高精度な決定が得られ、世界的な平均値と整合的であった。
• 3D測定は、特に前方および中央の速さ領域において、部分子散乱角依存性の制約を改善した。
• 2D測定は、広い速さのビン幅のおかげで、より高い統計的精度と広いm1,2範囲の利用が可能であった。
• アンフォールド補正により検出器効果が顕著に低減され、ほとんどのビンで系統的不確かさが5%未満に抑えられ、測定の堅牢性が裏付けられた。