[論文レビュー] Theory-Data Comparisons for Jet Measurements in Hadron-Induced Processes

M. Wobisch, D. Britzger+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 19被引用数 48

ひとこと要約

本稿では、200 GeV から 7 TeV の中心系エネルギーのハドロン-ハドロン衝突および深く非弾性散乱（DIS）過程におけるインクルーシブ jet 截面測定値と、次-leading-order（NLO）および次々-leading-order（NNLO）量子色力学（QCD）予測の包括的かつ最新の比較を提示する。最近の部分子分布関数（PDFs）として、MSTW2008、CT10、NNPDF2.1、HERAPDF1.5 を用い、αs(MZ) と因子化/スケール設定を一貫して選択することで、理論とデータの間に良好な一致が得られ、jet の横方向運動量（pT）およびスケーリング変数 xT=2pT/√s において、LHC のデータが PDF の制約を x≈5×10⁻³ まで拡張していることが示された。

ABSTRACT

We present a comprehensive overview of theory-data comparisons for inclusive jet production. Theory predictions are derived for recent parton distribution functions and compared with jet data from different hadron-induced processes at various center-of-mass energies sqrt(s). The comparisons are presented as a function of jet transverse momentum pT or, alternatively, of the scaling variable xT = 2pT/sqrt(s).

研究の動機と目的

• ハドロン誘発過程におけるインクルーシブ jet 生産の理論-データ比較を、継続的かつ最新の状態でリポジトリ化すること。
• 幅広い中心系エネルギー範囲における、現代の部分子分布関数（PDFs）と実験的 jet データの整合性を評価すること。
• 理論予測と測定値を pT および xT=2pT/√s の観点から比較することで、PDF 決定に対する jet データの感受性を評価すること。
• O(αs⁴) 閾値補正や非摂動的効果（ハドロン化、基礎的イベント）が理論-データ一致に与える影響を定量化すること。
• αs(MZ)=0.118 と一貫したスケール選択を含む理論的入力を標準化することで、実験間（CDF、DØ、ATLAS、CMS、H1、ZEUS）の比較を可能にすること。

提案手法

• 理論予測は、fastNLO フレームワークを用いて計算され、ハドロン-ハドロン衝突における NLO および NNLO pQCD マトリックス要素に加え、O(αs⁴) 閾値補正を組み合わせたものである。
• 非摂動的補正（ハドロン化および基礎的イベント）は、モンテカルロ生成器（Pythia 6.4、Herwig、Ariadne、Lepto）から得られた補正係数を用いて適用され、データ出版物からの値が使用され、不足している場合は再計算された。
• すべての計算において、世界平均に一致する αs(MZ)=0.118 に固定され、正則化/因子化スケールは μr=μf=pT に設定された。
• PDF セット（MSTW2008、CT10、NNPDF2.1、HERAPDF1.5）は、NLO や NNLO 近似で使用され、DIS およびハドロン-ハドロン過程のそれぞれに対して 2 ループおよび 3 ループの RGE 解を用いて αs を発展させた。
• anti-kT ジェットアルゴリズムは FastJet を用いて実装され、ジェット観測量は粒子レベルに補正され、QED の放射補正はデータと理論の両方に対して一貫して適用された。
• データと理論の比は、pT および xT=2pT/√s の関数として提示され、統計的および系貫的不確実性が二次的に組み合わされた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現代の PDF セットを用いた現在の NLO および NNLO QCD 予測は、広範な中心系エネルギー範囲におけるインクルーシブ jet 生産データをどの程度よく記述するか？
• RQ2 LHC の jet データ（√s=7 TeV）は、Tevatron および HERA のデータと比較して、xT における運動量領域の到達範囲をどの程度拡張し、PDF の小 x 領域をどの程度探査するか？
• RQ3 O(αs⁴) 閾値補正と一貫したスケール選択を含めることで、理論とデータの一致にどのような影響を与えるか？
• RQ4 PDF パラメータ化の変動（MSTW2008、CT10、NNPDF2.1、HERAPDF1.5）が理論-データ比較に与える影響は何か？また、異なる PDF セット間で結果は一貫性を示すか？
• RQ5 高 pT または低 xT 領域において、データと理論の間に系統的な不一致は存在するか？それらは実験的不確実性や理論的近似に起因するのか？

主な発見

• すべての中心系エネルギー範囲において、理論予測と実験的データの間に良好な一致が観察され、ほとんどのデータポイントが統合された実験的および理論的不確実性内に収束している。
• LHC の jet データ（√s=7 TeV）は、フェルミラブ Tevatron 実験（CDF および DØ）を上回る pT の到達範囲を示し、CMS が x≈5×10⁻³ まで PDF の領域を最初に探査する測定を提供した。
• 高 pT および低 xT における CMS データは、理論からの著しい逸脱を示さず、不確実性内では理論予測と整合的であり、この領域における現在の PDF セットの信頼性を支持している。
• √s=1.8 および 1.96 TeV における理論とデータの形状の不一致は、相関する実験的不確実性に起因するとされ、グローバル PDF 分析によって確認された。
• 低 x 領域（x≈5×10⁻³）における新しい LHC データは、非 PDF 不確実性を理解するための重要な検証台である。この領域はすでにインクリューシブ DIS データで制約されているためである。
• すべての比較において一貫した αs(MZ)=0.118 とスケール選択（μr=μf=pT）が用いられたため、今後の理論-データ比較の信頼性ある基準が確保された。