[論文レビュー] Multi-jet Merging with TMD Parton Branching

A. Bermúdez Martínez, F. Hautmann+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2022

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、初期状態のパートンシャワーからの横運動量反動を組み込むことで、高エネルギー陽子衝突におけるマルチジェット結合を改善する、新しいTMDパートン分岐法を提案する。非特徴的パートンシャワー近似の代わりにTMD発展による初期状態分布を用いることで、理論的系統的不確実性が低減され、特に行列式計算で使用された最高のジェット多重度を超えるジェット多重度を示すイベントの高多重度ジェット最終状態の記述が向上する。

ABSTRACT

One of the main theoretical systematics in studies of final states with large jet multiplicities at high-energy hadron colliders is associated with the merging of QCD parton showers and hard-scattering matrix elements. We present a method to incorporate the physics of transverse momentum recoils due to initial-state shower evolution into multi-jet merging algorithms by using the concept of transverse momentum dependent (TMD) distributions and the associated parton branching. We investigate the dependence on the merging scale and illustrate the impact of the new method at the level of both exclusive and inclusive final-state observables by studying differential jet rates, transverse momentum spectra and multiplicity distributions, using vector boson + jets events at the LHC as a case study.

研究の動機と目的

• ハドロン衝突におけるマルチジェット結合の理論的系統的不確実性、特に高多重度最終状態に対して対処すること。
• パートンシャワーの放射のモデル化を改善することで、予測に対する結合スケール依存性を低減すること。
• マルチジェット結合アルゴリズムに初期状態の発展に起因する横運動量依存性（TMD）効果を組み込むこと。
• 特に行列式計算サンプルに含まれる最大ジェット多重度を超えるジェット多重度について、排他的および包括的ジェット観測量の記述を改善すること。
• 現実的なLHC Z+ジェット過程におけるTMDベースの結合の実現可能性と利点を示すこと。

提案手法

• 初期状態パートンシャワーの横運動量反動効果をモデル化するため、TMD発展のパートン分岐（PB）形式を採用する。
• 初期状態パートンの横運動量依存性を記述するためにTMDパートン分布関数（PDF）を用い、非特徴的PDFの代わりに使用する。
• MLMマッチング方式を用いてTMD発展パートンシャワーと行列式計算で生成されたイベントを統合し、イベント重みの一貫性を保つ。
• LHCにおけるZボソン＋ジェット生成過程にこの手法を適用し、非特徴的結合とATLASデータとを比較する。
• 排他的および包括的ジェット観測量を用いて、結合スケール依存性と理論的不確実性を系統的に検討する。
• 行列式の非特徴的近似（ˆσ(0)）を用いる一方で、TMD効果は初期状態PDFにのみ組み込み、行列式計算の重みを変更しない。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチジェット結合にTMDパートン分岐を組み込むことで、結合スケールに関連する理論的系統的不確実性はどの程度低減されるか？
• RQ2 TMDベースの結合は、行列式計算サンプルの最大多重度を超えるジェット多重度分布の記述をどの程度改善するか？
• RQ3 初期状態パートンシャワーにおけるTMD効果は、横運動量スペクトルや2ジェット間の方位角分離といった微分的ジェット観測量にどのように影響を与えるか？
• RQ4 Z+ジェットイベントにおける包括的および排他的ジェット多重度分布に、TMD発展が及ぼす影響は何か？
• RQ5 標準的な非特徴的結合と比較して、この新手法はATLASデータにおけるZ+マルチジェット生成の一致度においてどの程度優れているか？

主な発見

• TMD結合手法は、特にジェット多重度が高い領域において、結合スケールに関連する理論的系統的不確実性を低減する。
• 特に行列式計算サンプルに含まれる最大多重度を超えるイベントにおいて、2ジェット間の方位角分離や横運動量スペクトルといった排他的ジェット観測量の記述が向上する。
• 包括的ジェット多重度分布は、TMD結合を用いることでATLASデータとより良好に一致し、特に高多重度テイル領域で顕著である。
• ジェットの横運動量スペクトルはTMD結合によりより正確にモデル化され、初期状態の横運動量反動の正しい運動量的効果が反映される。
• TMD発展を用いることで、2ジェット質量分布は結合スケールに対して感受性が低くなり、より安定した理論的予測であることが示された。
• φ∗ や横運動量のスカラー和といった多様な物理的領域における複数の観測量において一貫した性能を示し、本手法の頑健性を確認した。