[論文レビュー] Multiple Parton Interactions Studies at CMS

P. Bartalini, L. Fanò|arXiv (Cornell University)|Mar 31, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、√s = 0.9および7 TeVにおける陽子-陽子衝突における複数部分子相互作用（MPI）の初期CMS測定を提示し、主に荷電粒子多重度および横方向領域におけるエネルギー密度を用いた基礎的イベント（UE）に注目する。UE感度を向上させるためにジャケット・エリア/中央値法を導入し、3-jet + γ などの高pTトポロジーを用いた直接的なMPI率測定を提案。方位角角度観測量Δφ(−)およびΔφ(+)を用いて、MPIと二重ブレムストラールングの明確な識別が可能であることを示す。

ABSTRACT

This paper summarizes the Multiple Parton Interactions studies in CMS, focusing on the already performed low pT QCD measurements up to highest centre of mass energies of 7 TeV and discussing the plans for the direct measurement of the multiple high-pT scatterings. The underlying event in pp interactions is studied measuring the charged multiplicity density and the charged energy density in the transverse region, which is defined considering the azimuthal distance of the reconstructed tracks with respect to the leading track-jet of the event, defined from tracks according to a jet clustering algorithms. In addition, we present the measurement of the underlying event using the jet-area/median approach, demonstrating its sensitivity to different underlying event scenarios. Observations in the central region are complemented by the mea- surement of the energy flow in the forward direction for minimum bias and central di-jet events. We compare our underlying event and forward results with the predictions from different Monte Carlo event generators and tunes, aiming to best parametrize the multiple parton interaction energy de- pendence starting from the Monte Carlo tunes developed to best fit the charged particle spectra measured at central rapidities. Finally we discuss the strategy to directly measure the multiple particle interactions rate focusing on the topologies with two hard scatterings in the same event.

研究の動機と目的

• 高エネルギー中心質量系衝突（最大7 TeV）における陽子-陽子衝突の基礎的イベント（UE）活動を測定し、複数部分子相互作用（MPI）を理解すること。
• 異なるMPIシナリオに対する感度を向上させるために、ジャケット・エリア/中央値法がUEダイナミクスを測定する能力を検証すること。
• 最小事象および中央二ジェット事象におけるエネルギーフローを用いて、前方領域へのUE測定を拡張すること。
• 高pT最終状態における二重部分子散乱（DPS）の直接的測定戦略を開発し、特に3-jet + γ トポロジーに焦点を当てる。
• データを用いてモンテカルロイベントジェネレータ（PYTHIA, HERWIG）を補正し、MPIのエネルギー依存性およびMPI強度と横方向運動量カットオフを制御するパラメータのチューニングを改善すること。

提案手法

• SisConeジャケットクラスタリングを用い、主なトラックジェットに対して60° < |Δφ| < 120°の横方向領域における荷電粒子多重度および横運動量のスカラー和（ΣpT）を測定する。
• 反-kTジャケットを用いてジャケット・エリア/中央値法を実装し、全準垂直度-方位角平面にわたるUE活動を抽出することで、MPIモデルに対する感度を向上させる。
• ベイズ的アンフォールディングを用いて検出器効果を補正し、PYTHIA-6（チューニングZ1, D6T, DW, CW）およびPYTHIA-8（チューニング4C）のモンテカルロ予測と比較する。
• 3-jet + γ 最終状態を分析し、方位角角度観測量Δφ(−)およびΔφ(+)を測定することで、二重部分子散乱（DPS）を特定する。
• HERWIG 2.2.0およびPYTHIA-8.108（デフォルトおよびMPIオフ）の予測を比較し、Δφ観測量のMPIと二重ブレムストラールングの識別能力を評価する。
• 最小事象および中央二ジェット事象における前方エネルギーフロー測定にPHOJETを用い、中央UE研究を補完する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 0.9および7 TeVにおける陽子-陽子衝突において、基礎的イベント活動は、主なトラックジェットの横方向運動量および中心質量系エネルギーにどのように依存するか？
• RQ2 従来の横方向領域手法と比較して、ジャケット・エリア/中央値法は、異なる基礎的イベントシナリオに対する感度をどの程度向上させるか？
• RQ3 最小事象および二ジェット事象における前方エネルギーフロー測定は、中央UE測定を補完することで、MPIモデルの制約にどの程度寄与するか？
• RQ4 3-jet + γ トポロジーを用いて二重部分子散乱率を直接測定可能か？また、Δφ(−)およびΔφ(+)観測量の識別力はどの程度か？
• RQ5 PYTHIA Z1, 4C, HERWIG などのモンテカルロチューニングのうち、観測されたUEおよび前方エネルギーフロー測定データを最もよく記述するのはどれか？また、それらはMPIのエネルギー依存性をどの程度制約するか？

主な発見

• 主なトラックジェットのpTが増加するに従い、横方向領域における荷電粒子多重度およびΣpTが著しく増加し、√s = 7 TeVでは約8 GeV/c以上、√s = 0.9 TeVでは約4 GeV/c以上で飽和する。
• ジャケット・エリア/中央値法は、異なる基礎的イベントシナリオに対する明確な感度を示し、従来の横方向領域手法よりも包括的かつ堅牢なUE活動測定を可能にする。
• 横方向領域における正規化ΣpT分布は、中心質量系エネルギーが高くなると著しく活動性が増加し、7 TeVにおけるUEに「硬い」成分が存在することを示唆する。
• PYTHIA-8.135 Tune 4CおよびPYTHIA-6 Z1は、7 TeVにおけるUE観測量に対してデータと良好な一致を示すが、D6TはUE活動を低く見積もっており、更新されたチューニングの必要性を示唆する。
• Δφ(+)観測量は、MPIと二重ブレムストラールングのシナリオを強く識別可能であり、MPI予測では一様分布を示し、二重ブレムストラールングではπ付近にピークが現れる。
• 3-jet + γ トポロジーは、二重部分子散乱率の直接測定に有効なチャンネルと特定され、Δφ(−)およびΔφ(+)における微分断面積の形状が、QCD放射と比較してMPIの明確なシグネチャを示す。