[論文レビュー] Non-perturbative QCD Effects and the Top Mass at the Tevatron

Daniel Wicke, Peter Skands|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、更新されたPythia 6.416シミュレーションを用いて、テバトロンにおけるトップクォーク質量測定に及ぼす非摂動的QCD効果—特に色再結合とアンダーライニングイベントモデリング—を調査している。非摂動的不確かさはトップ質量再構築において±0.5 GeV未満であると推定され、全±1.0 GeVの不確かさの大部分は部分素粒子シャワー・モデルにおける摂動的効果に起因している。

ABSTRACT

The modelling of non-perturbative effects is an important part of modern collider physics simulations. In hadron collisions there is some indication that the modelling of the interactions of the beam remnants, the underlying event, may require non-trivial colour reconnection effects to be present. We recently introduced a universally applicable toy model of such reconnections, based on hadronising strings. This model, which has one free parameter, has been implemented in the Pythia event generator. We then considered several parameter sets (`tunes'), constrained by fits to Tevatron minimum-bias data, and determined the sensitivity of a simplified top mass analysis to these effects, in exclusive semi-leptonic top events at the Tevatron. A first attempt at isolating the genuine non-perturbative effects gave an estimate of order +-0.5GeV from non-perturbative uncertainties. The results presented here are an update to the original study and include recent bug fixes of Pythia that influenced the tunings investigated.

研究の動機と目的

• 非摂動的QCD効果、特に色再結合とアンダーライニングイベントモデリングが、テバトロンにおけるトップクォーク質量測定に与える影響を評価すること。
• 部分素粒子シャワーアルゴリズムに修正を加えた最新版のPythiaイベントジェネレータ（v6.416）を用いて、以前の結果を更新すること。
• モンテカルロチューニングおよびキャリブレーションの文脈において、非摂動的モデリングの違いに起因するトップ質量測定の不確かさを定量化すること。
• トップ質量測定の全体的なキャリブレーション不確かさにおいて、非摂動的効果と摂動的効果の寄与を分離すること。

提案手法

• Pythia 6.416に、ストリングハドロン化に基づく普遍的な色再結合のトゥイモデルを実装し、ストリング系のポテンシャルエネルギーを最小化するためのアナーニング型アルゴリズムを用いた。
• 更新された最小バイアスデータ、特に電荷多重度の関数としての平均横運動量のCDF測定値を用いて、複数のPythia「チューニング」を再チューニングした。
• 異なるモデル設定における再構築されたトップ質量を推定するために、排他的な半レプトン的トップイベントを対象とした簡略化されたトゥイアナリシスを実施した。
• 名目のトップ質量を165から185 GeVの範囲でスキャンし、再構築された質量分布にフィットして175 GeVにおけるオフセットを抽出することで、キャリブレーション曲線を生成した。
• 2種類の質量推定器を用いた：補正なしのものと、ジャットエネルギースケール（JES）補正を施したものの両方を用い、システムティックバイアスを評価した。
• モデル間のキャリブレーションオフセットのばらつきを、部分素粒子シャワーの順序付け（摂動的）と色再結合、アンダーライニングイベント（非摂動的）の寄与に分解した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非摂動的QCD効果、特に色再結合が、テバトロンイベントにおける再構築されたトップクォーク質量にどのように影響を与えるか？
• RQ2 部分素粒子シャワーの順序付け（仮想質量対pT順序）の違いが、トップ質量キャリブレーション不確かさにどの程度寄与するか？
• RQ3 pT順序シャワーモデルにバグ修正を加えた更新済みのPythia 6.416チューニングは、チューニングおよびその結果得られる質量キャリブレーションにどのように影響するか？
• RQ4 全トップ質量不確かさのうち、非摂動的効果に起因する割合はどの程度か？
• RQ5 アンダーライニングイベントおよびビームレマンドモデリングの変動に、トップ質量測定はどの程度感度を示すか？

主な発見

• JESスケーリングを施した質量推定器において、トップ質量測定の全キャリブレーション不確かさは、非摂動的モデルの違いに起因して約±1.0 GeVである。
• 非摂動的効果はトップ質量不確かさに±0.5 GeV未満の寄与しかせず、現在の精度レベルではわずかだが無視できない影響を示している。
• 不確かさの最大の要因（約±0.7 GeV）は、仮想質量順序とpT順序のシャワーモデルの選択による摂動的違いに起因している。
• pT順序シャワーに修正を加えた更新済みのPythia 6.416ジェネレータは、モデルのばらつきをわずかに低減したが、元の研究の定性的な結論は変化していない。
• 両方の質量推定器のキャリブレーション曲線は優れた線形性を示しており、JES補正により再構築された質量と名目のトップ質量とのオフセットが顕著に低減されている。
• キャリブレーションオフセットのばらつきは主に部分素粒子シャワー・モデルの違いに起因しており、非摂動的効果（色再結合、アンダーライニングイベント）は、全体の不確かさのうち小さいが、依然として測定可能な割合を占めている。