[論文レビュー] Soft QCD Measurements at LHCb

P. Ilten|arXiv (Cornell University)|Sep 1, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 17被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、LHCbが7 TeVの陽子-陽子衝突を用いて前方領域のソフトQCD測定を実施し、基礎的イベントおよびハドロン化モデルの検証を目的としている。特に、励起粒子多重度とエネルギー流れに注目し、Pythia や Herwig++ などのモンテカルロ生成器の性能をLHCデータと照合した。その結果、Pythia 8 tune-4CおよびLHCbで調整されたモデルが、特に高偽レプロンガリティ領域でデータを最もよく再現した。

ABSTRACT

Studies in the forward region of charged particle multiplicity and density, as well as energy flow, are presented. These measurements are performed using data from proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 7 TeV, collected with the LHCb detector. The results are compared to predictions from a variety of Monte Carlo event generators and are used to test underlying event and hadronization models as well as the performance of event generator tunes in the forward region.

研究の動機と目的

• LHCb検出器を用いて、前方偽レプロンガリティ領域（2 ≤ η ≤ 5）におけるソフトQCD過程の新たな実験的データを提供すること。
• 特に前方領域において、基礎的イベントおよびハドロン化のモデル化を行うモンテカルロイベント生成器の性能を検証すること。
• 初期状態放射、最終状態放射、およびマルチパートオン相互作用（MPI）の影響を、粒子多重度およびエネルギー流れから分離すること。
• 赤外感度および赤外安全な観測量を用いて、ハドロン化モデル（ストリング型対クラスタ型）およびMPIモデルの妥当性を検証・調整すること。
• 高エネルギー物理学コミュニティ全体でイベント生成器の調整に利用可能なRivet互換の分析プラグインを提供すること。

提案手法

• 横断運動量 > 0.2 GeVおよび運動量 > 2 GeVを満たす粒子を用い、偽レプロンガリティ領域（2.0 < η < 4.8）のビンに分けた charged particle 多重度および密度を測定する。
• 再結合不効率、トラック純度（6.5%のアーチファクト、1%の重複、4.5%の非即時的粒子）およびトラック非検出率を補正するため、イベントごとの再重み付けを適用する。
• 積み重ね効果および検出器分解能の影響を、ビン間補正行列を用いてアンフォールド処理し、単一相互作用分布を回復する。
• 2 < p < 1000 GeVのトラックを用い、1ユニット偽レプロンガリティあたりの平均charged particle エネルギーとしてエネルギー流れを定義する。
• トラック多重度および偽レプロンガリティに基づいて、ハード散乱、非弾性、およびディファラクティブ強化イベントにイベントを分割する。
• Pythia 6/8、Herwig++、およびエアシャワー生成器（Epos、QGSJet、Sibyll）の予測とデータを比較し、さまざまなPythia設定による系統的不確実性を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 √s = 7 TeVにおける2 < η < 4.8領域の前方領域で、PythiaおよびHerwig++イベント生成器は、charged particle 多重度および密度をどの程度よく再現できるか？
• RQ2 LHCbの前方幾何構造において、ストリング型対クラスタ型のどちらのハドロン化モデルが観測された粒子多重度および運動量分布をよりよく記述するか？
• RQ3 Pythia 8およびHerwig++の異なるチューニングは、前方領域における基礎的イベントおよびマルチパートオン相互作用のモデル化において、どの程度の性能を示すか？
• RQ4 ハードからソフトおよびソフトからハードへのMPIモデルは、異なるイベントタイプにおける測定されたcharged energy flow をどの程度正確に記述できるか？
• RQ5 LHCbでチューニングされていないイベント生成器設定は、前方領域でデータから系統的にずれるか？LHCbのデータはチューニングの改善に寄与できるか？

主な発見

• Pythia 8 tune-4CおよびLHCbでチューニングされたPythia 8設定が、偽レプロンガリティおよび横断運動量ビン全域における測定されたcharged particle 多重度および密度と、最も良い一致を示した。
• LHCbでチューニングされたPythia 8およびHerwig++ UE-EE-5-MRSTチューニングはデータをよく再現したが、LHCbでチューニングされていないモデルは、前方領域における粒子密度を系統的に低く見積もった。
• エネルギー流れに関しては、Pythia 8は大規模なη領域でハード散乱イベントを一貫して過剰に予測したが、Pythia 6は高η領域で低く見積もった。両者ともカラーリコネネクションのチューニングにより改善された。
• 非ディファラクティブサンプルは、Pythia 8、カラーリコネネクションなしのPythia 6、Epos、Sibyllが良好に再現したが、QGSJet生成器は全η領域で過剰に予測した。
• ディファラクティブ強化イベントはPythia 8で良好にモデル化されたが、他のすべての生成器は低く見積もった。これは、ディファラクティブMPIモデルの改善が求められることを示唆している。
• 中性粒子対charged粒子比を用いて推定した全エネルギー流れは、charged energy flowと同様の傾向を示し、高偽レプロンガリティ領域で一貫したモデルのずれが観察された。