[論文レビュー] Pythia Tune A, Herwig, and Jimmy in Run 2 at CDF

R. D. Field, Group, R. Craig|ArXiv.org|Oct 14, 2005

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ひとこと要約

本論文は、CDF Run 2データを用いて、√s = 1.96 TeVの陽子-陽陽子衝突において、粒子レベル補正を施した基礎的背景イベントの測定を提示している。主なジェットと垂直方向の領域における荷電粒子密度およびエネルギー密度を比較した。その結果、PYTHIA Tune AとHERWIGは、ソフトな基礎的背景イベント活動を低く見積もっているが、調整済みJIMMYはエネルギーおよびPTsum密度の一致を改善しているが、低PT荷電粒子を過剰に生成しており、ビーム-ビーム残渣および複数のパートン相互作用のモデル化の改善が求められることを示している。

ABSTRACT

We study the behavior of the charged particle and energy components of the "underlying event" in hard scattering proton-antiproton collisions at 1.96TeV. The goal is to produce data on the "underlying event" that is corrected to the particle level so that it can be used to tune the QCD Monte-Carlo models without requiring CDF detector simulation. Unlike the previous CDF Run 2 "underlying event" analysis which used JetClu to define "jets" and compared uncorrected data with the QCD Monte-Carlo models after detector simulation (i.e., CDFSIM), this analysis uses the MidPoint jet algorithm and corrects the observables to the particle level. The corrected observables are then compared with the QCD Monde-Carlo models at the particle level (i.e., generator level). The QCD Monte-Carlo models include PYTHIA Tune A, HERWIG, and a tuned version of JIMMY.

研究の動機と目的

• 検出器のシミュレーションを経由せずに、QCDモンテカルロジェネレータとの直接比較が可能な、粒子レベルに補正された基礎的背景イベントデータの作成。
• ハード散乱事象における主なジェットと垂直方向の領域における荷電粒子密度およびエネルギー密度の挙動の調査。
• 特にソフト成分（ビーム-ビーム残渣および複数のパートン相互作用）の記述において、PYTHIA Tune A、HERWIG、および調整済みJIMMYの性能の評価。
• 観測された垂直方向エネルギー密度の過剰が、初期状態／最終状態放射に起因するのか、それともソフトなマルチパートンダイナミクスに起因するのかを特定すること。
• 主なジェットの横方向運動量に応じた基礎的背景イベント構造の依存性の調査、特に「バックツーバック」および「主なジェット」イベントクラスにおける差異。

提案手法

• イベントトポロジーを定義するために、R = 0.7およびf_merge = 0.75を用いたMidPointジェットアルゴリズムを用いる。
• 主なジェットからの相対的なη–ϕ空間における60° < |Δφ| < 120°の領域を「垂直方向」と定義し、微分解析のための「transMAX」と「transMIN」に分割する。
• 実験的観測量（荷電粒子密度、PTsum、ETsum）を粒子レベルに補正し、ジェネレータレベルでの直接比較を可能にする。
• 2つのイベントクラスを分析する：「主なジェット」（ジェットPTのカットなし）および「バックツーバック」（|Δφ| > 150°、PT(jet#2)/PT(jet#1) > 0.8、PT(jet#3) < 15 GeV/c）で、ハード放射を抑制する。
• 補正済みデータをジェネレータレベルでPYTHIA Tune A、HERWIG、および調整済みJIMMYと比較し、モデルの性能を評価する。
• ハード初期／最終状態放射とソフトなビーム-ビーム残渣寄与を分離するために、「transDIF」（transMAX – transMIN）を導入する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 『主なジェット』および『バックツーバック』イベントにおける、主なジェットの横方向運動量に応じて、基礎的背景イベント構造、特に垂直方向領域の挙動はどのように変化するか？
• RQ2 PYTHIA Tune A、HERWIG、および調整済みJIMMYは、粒子レベルで測定された垂直方向領域における荷電粒子密度およびエネルギー密度をどの程度正確に再現できるか？
• RQ3 観測された垂直方向エネルギー密度の過剰は、ハードな初期状態／最終状態放射に起因するのか、それともソフト成分（ビーム-ビーム残渣および複数のパートン相互作用）に起因するのか？
• RQ4 なぜHERWIGは『バックツーバック』イベントにおいて、PT(jet#1)が増加するにつれてtransMIN密度が増加するのに対し、PYTHIA Tune Aは減少する傾向を示すのか？
• RQ5 調整済みJIMMYモデルは、垂直方向エネルギーおよびPTsum密度のデータとの一致を改善できるか？また、粒子pTスペクトルにおける妥当性のトレードオフは何か？

主な発見

• PYTHIA Tune AおよびHERWIGの両方とも、『transMAX』および『transMIN』領域における垂直方向エネルギー密度を低く見積もっており、ソフトな基礎的背景イベント活動が不十分であることを示している。
• PYTHIA Tune AおよびHERWIGの両方が『transDIF』（transMAX – transMIN）エネルギー密度をよく再現しており、データの過剰がビーム-ビーム残渣や複数のパートン相互作用のようなソフト成分に起因していることを示唆している。
• 調整済みJIMMYは『主なジェット』イベントにおける垂直方向エネルギーおよびPTsum密度をうまく再現しているが、pT > 0.5 GeV/cの荷電粒子を過剰に生成しており、粒子スペクトルがややソフトすぎる傾向にあることを示している。
• 『バックツーバック』データでは、PT(jet#1)が増加するにつれて『transMIN』密度が減少しており、これはPYTHIA Tune A（複数のパートン相互作用を含む）が予測する挙動であるが、HERWIGでは予測されない。これは、小衝突パラメータにおける複数のパートン相互作用の飽和効果を示唆している。
• HERWIGはPYTHIA Tune Aよりも多くのソフト粒子を生成し、『transMAX』および『transMIN』領域におけるエネルギー密度の記述ではわずかに優れているが、依然として全体的なソフト成分を低く見積もっている。
• 『主なジェット』イベントでは、ハード放射の影響で『transMAX』密度がPT(jet#1)に伴い上昇するが、『バックツーバック』イベントではその放射が抑制されるため、密度は低下する。これは、イベントトポロジーが基礎的背景イベント研究において極めて重要であることを示している。