[論文レビュー] Measurement of the Underlying Event at Tevatron

D. Kar|arXiv (Cornell University)|May 14, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、CDF Run IIデータを用いてテバトロンにおけるDrell-Yanレプトン対生成における基礎的背景状態の測定を報告する。レプトン対の向き、反対方向、横方向の領域における荷電粒子の活動を分析した。PythiaチューニングAWがデータと強く一致しており、特に多重度と横方向運動量相関のモデル化において優れた一致を示している。これは、複数のパートン散乱（MPI）が基礎的背景状態構造を形作る上で重要であり、LHCへの応用のためのモデル妥当性を示している。

ABSTRACT

CDF Run II data for the underlying event associated with Drell-Yan lepton pair production are examined as a function of the lepton-pair transverse momentum. The data are compared with a previous analysis on the behavior of the underlying event in high transverse momentum jet production and also with several other QCD Monte-Carlo models. The goal is to provide data that can be used to tune and improve the QCD Monte-Carlo models of the underlying event, which is especially important now in view of the LHC startup.

研究の動機と目的

• テバトロンにおけるDrell-Yanレプトン対生成の基礎的背景状態構造を、CDF Run IIデータを用いて測定すること。
• 特にPythiaチューニングAおよびAW、Herwig（MPIなし）、および以前のCDFの主なジャケット基礎的背景状態解析と比較して、QCDモンテカルロモデルとデータを比較すること。
• 荷電粒子の多重度と平均横方向運動量の相関を調査することで、複数のパートン散乱（MPI）が最小バースの背景状態および基礎的背景状態に与える寄与を評価すること。
• 特にLHC実験の準備に向け、QCDモンテカルロモデルのチューニングと改善のためのデータを提供すること。
• Drell-Yanと主なジャケット結果を比較することで、基礎的背景状態モデル化の普遍性を検証すること。

提案手法

• Drell-Yanレプトン対に対して、$p_T > 0.5~\text{GeV}/c$ および $|\eta| < 1$ の荷電粒子を、向き、反対方向、横方向の領域で分析した。
• 基礎的背景状態の観測量として、横方向領域における荷電粒子の多重度密度および荷電横方向運動量和の密度を定義した。
• 基礎的背景状態からのハード散乱寄与を分離するために、$70~\text{GeV}/c^2 < M_{ll} < 110~\text{GeV}/c^2$ のZボソンイベントを用いた。
• データをPythiaチューニングAおよびAW、Herwig（MPIなし）、および以前のCDF主なジャケット基礎的背景状態結果と比較した。
• 平均荷電粒子$p_T$と多重度の相関を調査し、ソフトなビーム-ビーム残渣とハード過程、MPIの寄与を調べた。
• 検出器効果を低減し、モデル比較を改善するために、データに粒子レベル補正を適用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Drell-Yanレプトン対の横方向運動量に応じて、基礎的背景状態の活動はどのように変化するか？
• RQ2 PythiaチューニングAWおよび他のモンテカルロモデルは、基礎的背景状態における測定された荷電粒子多重度および横方向運動量密度をどの程度正確に再現できるか？
• RQ3 荷電粒子多重度と平均横方向運動量の相関は、最小バースおよび基礎的背景状態プロセスにおける複数のパートン散乱（MPI）の役割をどのように明らかにするか？
• RQ4 Drell-Yanイベントにおける基礎的背景状態構造は、主なジャケットイベントと一貫しており、さまざまなハード散乱過程における基礎的背景状態モデル化の普遍性を示唆するか？
• RQ5 なぜHerwig（MPIなし）のようなモデルは$p_T$平均値と多重度のトレンドを再現できないのか？MPIを含めることでデータとの一致がどのように向上するか？

主な発見

• 荷電粒子の多重度および横方向運動量和密度という基礎的背景状態観測量は、向きおよび横方向領域では、レプトン対の$p_T$が増加しても比較的平坦に保たれるが、反対方向領域では運動量バランスをとるために増加する。
• PythiaチューニングAWは、すべての観測量でデータと良好な一致を示しており、特に$p_T$平均値と多重度の相関をモデル化する点で優れた一致を示している。
• Herwig（MPIなし）は多重度の増加に伴い$p_T$平均値が急激に上昇すると予測するが、これはデータとは一致せず、MPIが観測された挙動を再現する上で不可欠であることを示している。
• $p_T(Z) < 10~\text{GeV}/c$ の領域でも、PythiaチューニングAWは$p_T$平均値と多重度のトレンドを良好に再現している。初期状態放射の寄与が支配的であるにもかかわらず、これはMPIが高多重度・低$p_T$イベントの生成に重要な役割を果たしていることを示唆している。
• Drell-Yanと主なジャケットの基礎的背景状態結果の一致は、さまざまなハード散乱過程にわたる基礎的背景状態モデル化の一定の普遍性を示唆している。
• 多くの観測量で良好な一致を示しているが、すべてのデータの特徴、特にイベント活動のエネルギー依存性を完璧に再現するモデルは存在せず、MPIおよびビーム-ビーム残渣のより良いチューニングとモデル化の必要性が示された。