[論文レビュー] The Underlying Event in Hard Scattering Processes

R. D. Field|ArXiv.org|Jan 21, 2002

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 41

ひとこと要約

この論文は1.8 TeVの陽子-陽バリオン衝突における基礎的イベントをCDFデータを用いて評価し、QCDモンテカルロモデル（PYTHIA、HERWIG、ISAJET）を比較している。PYTHIAは複数のパートン散乱を含むが、特に横方向領域でデータを最もよく再現しており、一方ISAJETとHERWIGはビーム-ビーム残渣寄与を低く見積もっており、初期状態放射効果を過大評価していることが判明した。

ABSTRACT

We study the behavior of the "underlying event" in hard scattering proton-antiproton collisions at 1.8 TeV and compare with the QCD Monte-Carlo models. The "underlying event" is everything except the two outgoing hard scattered "jets" and receives contributions from the "beam-beam remnants" plus initial and final-state radiation. The data indicate that neither ISAJET or HERWIG produce enough charged particles (with PT > 0.5 GeV/c) from the "beam-beam remnant" component and that ISAJET produces too many charged particles from initial-state radiation. PYTHIA which uses multiple parton scattering to enhance the "underlying event" does the best job describing the data.

研究の動機と目的

• 1.8 TeVのハードスキャッタリング陽子-陽バリオン衝突における基礎的イベントの構造と寄与要因を理解すること。
• CDFデータで観測された基礎的イベントを再現する能力を、QCDモンテカルロモデル—PYTHIA、HERWIG、ISAJET—の性能を評価すること。
• 複数のパートン散乱とビーム-ビーム残渣モデルのどちらが、観測された荷電粒子多重度および横方向運動量分布をよりよく説明するかを特定すること。
• 横方向領域の観測量に制約を加えることで、モンテカルロチューニングを改善し、基礎的イベント活動に敏感な領域を活用すること。
• 現在のモデルがソフト衝突からハード衝突への遷移を記述する際の限界、および複数散乱におけるパートン分布関数の役割を評価すること。

提案手法

• 主な荷電ジェット（|η| < 1 かつ pT > 0.5 GeV/c）と相対する横方向領域（60° < |Δφ| < 120°）における荷電粒子分布を分析する。
• 横方向領域の『transMAX』および『transMIN』サブ領域を用い、ハードスキャッタリング（ジェット＋放射）とビーム-ビーム残渣の寄与を別々に分離する。
• CDFの中央追跡器からのデータを、チューニング済みパrameterを用いたPYTHIA 6.115、HERWIG 5.9、ISAJET 7.32の予測と比較する。
• 複数のパートン相互作用とビーム-ビーム残渣をモデル化するため、MSTP(82) = 4およびPARP(82) = 2.4 GeV/cにチューニングしたPYTHIAのチューニング版を適用する。
• ハードスキャッタリングを保証するため、PT(chgjet#1) > 5 GeV/cの運動的選択を適用し、このしきい値を下げることでソフト衝突への遷移を検討する。
• 横方向領域における荷電粒子のpT分布を評価し、モデル予測と比較することで、基礎的イベント活動の評価を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PYTHIA、HERWIG、ISAJETは、ハードスキャッタリング事象の横方向領域における荷電粒子多重度をどれほどよく再現できるか？
• RQ2 ビーム-ビーム残渣、初期状態放射、最終状態放射の相対的寄与は何か？
• RQ3 PYTHIAにおける複数のパートン散乱は、それなしのモデルと比較して基礎的イベントの記述を顕著に改善するか？
• RQ4 なぜISAJETとHERWIGは、特にPT(chgjet#1)が低い領域で観測された横方向領域活動を再現できないのか？
• RQ5 横方向領域の観測量にチューニングすることで、ソフト衝突からハード衝突への遷移をモンテカルロジェネレータで正確にモデル化できるか？

主な発見

• 複数のパートン散乱を含むPYTHIA（CTEQ4L PDFにチューニング、MSTP(82) = 4、PARP(82) = 2.4 GeV/c）は、横方向領域の粒子多重度およびpT分布を最もよく再現している。
• ISAJETとHERWIGの両方とも、ビーム-ビーム残渣成分からの荷電粒子数（pT > 0.5 GeV/c）を低く見積もっており、データとの一致が悪い。
• ISAJETは初期状態放射を過大評価し、多すぎるソフト粒子を生成するが、HERWIGの色一致効果は改善をもたらすが、依然としてデータに達しない。
• 横方向領域のpT分布は、データおよびPYTHIAの両方でビーム-ビーム残渣が支配的であるが、PYTHIAの複数のパートン散乱の組み込みにより、より平坦で現実的であるpTスペクトルが得られる。
• 『transMAX』および『transMIN』サブ領域は補完的制約を提供する：transMAXはハード成分を優遇し、transMINはビーム-ビーム残渣を優遇する。両方を同時にフィッティングすることでモデルチューニングが向上する。
• ハードスキャッタリングにおける基礎的イベント活動は、初期状態放射だけでは説明できない。複数のパートン相互作用が、観測された粒子多重度の増加を再現するために不可欠である。