[論文レビュー] Transverse Energy Flow with Forward and Central Jets at the LHC

Michal Deák, F. Hautmann+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 29, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 34被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、LHCにおけるフォワード・ジャケットと中央ジャケットを伴うイベントにおけるミニジャケットからの横方向エネルギー流量を測定することで、摂動論的理論の一次項を超えた高多重度QCD効果を調査する。高エネルギー因子化モンテカルロフレームワークにおける部分素子シャワーのシミュレーションを用いて、横方向エネルギー流量が非共線的で高エネルギー補正および複数部分素子相互作用に敏感であることを示した。CascadeとPythia-mpiはPythia-nompiに比べてインターマイナジャケット領域でのエネルギー流量が増加しており、Powhegは最小限の差異を示しており、フォワードジャケット環境における再結合とマルチパートンダイナミクスの重要性が浮き彫りになった。

ABSTRACT

At the LHC, using forward + central detectors, it becomes possible for the first time to carry out measurements of the transverse energy flow due to ``minijets" accompanying production of two jets separated by a large rapidity interval. We discuss parton-shower calculations of energy flow observables in a high-energy factorized Monte Carlo framework, and comment on the role of these observables to study high parton multiplicity effects.

研究の動機と目的

• LHCにおけるフォワードおよび中央ジャケットイベントのインターマイナジャケット領域およびバックワード領域における横方向エネルギー流量を調査すること。
• エネルギー流量観測量が非共線的で高エネルギーQCD補正および複数部分素子相互作用にどれほど敏感であるかを評価すること。
• モンテカルロジェネレータ（Cascade, Pythia, Powheg）がフォワードジャケット環境におけるエネルギー流量をシミュレートする性能を評価すること。
• 横方向運動量順序付けとCCFM進化の役割が、大ラピディティ差を有する高多重度最終状態をモデル化する上で果たす役割を調査すること。
• ベクトルボソン融合とジャケットバイト戦略を介したヒッグス粒子探索に役立つ、フォワード領域におけるQCDダイナミクスのテストフレームワークを提供すること。

提案手法

• 高エネルギー因子化モンテカルロフレームワークを用いて、観測量 $ dE_{\perp}/d\eta = \frac{1}{\sigma} \int dq_{\perp} \, q_{\perp} \, \frac{d\sigma}{dq_{\perp} \, d\eta} $ を用いて横方向エネルギー流量を計算し、高-$p_\perp$ 貢献を強調する。
• CCFM進化を用いたCascadeモンテカルロジェネレータを適用し、共線順序を超える非共線的で高エネルギー補正を部分素子シャワーにモデル化する。
• Cascadeの結果を、複数部分素子相互作用を含む・含まないPythiaおよびPowhegと比較し、エネルギー流量予測の差異を評価する。
• ソフト放射を抑制するため、粒子フロー（包括的）およびミニジャケットフロー（数GeV以上の横方向エネルギー）を両方分析し、ハード放射効果を分離する。
• インターマイナジャケット領域およびフォワードジャケットと反対方向のバックワード領域におけるエネルギー流量を分析し、位相空間およびシャワー位相構造効果を調査する。
• 複数の部分素子チェーンおよび段階的チェーンにおけるグルーオン放射が $x$ にシフトする影響を検討し、特にバックワード領域で顕著になる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数部分素子相互作用を含む・含まないモンテカルロジェネレータ間で、インターマイナジャケット領域における横方向エネルギー流量にどのような差が生じるか？
• RQ2 部分素子シャワーにおける非共線的で高エネルギー補正が、フォワード・中央ジャケットイベントにおける横方向エネルギー流量にどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ3 CascadeジェネレータにCCFM進化を組み込むことで、共線順序シャワーと比較してエネルギー流量予測にどのような変化が生じるか？
• RQ4 エネルギー流量観測量が、特にバックワード方向の制限されたラピディティ領域におけるハード放射にどれほど敏感であるか？
• RQ5 ミニジャケットエネルギー流量測定は、ベクトルボソン融合を介したヒッグス粒子探索におけるQCDバックグラウンドの識別をどの程度向上させるか？

主な発見

• Cascadeジェネレータは、複数部分素子相互作用を含まないPythiaに比べて、インターマイナジャケット領域における横方向エネルギー流量が顕著に増加しており、非共線的補正に敏感であることが示された。
• 複数部分素子相互作用を含むPythia（Pythia-mpi）は、MPIを含まないPythiaに比べてインターマイナジャケットエネルギー流量が大きくなるため、マルチパートンダイナミクスの寄与が強いことが示唆された。
• PowhegはPythia-nompiと比較してエネルギー流量に最小限の差異を示しており、このフレームワークにおける次次近似補正が流れのパターンを顕著に変化させないことが示された。
• ミニジャケットエネルギー流量は、赤外線放射への感受性を低減するため、ハード放射および部分素子シャワー構造のよりクリアなプローブとなる。
• バックワード領域では、単一シャワーモデルでは位相空間の制約により横方向フローが抑制されるが、部分素子チェーンにおける $x$-シフトの影響で複数シャワー寄与が顕著になる。
• 横方向エネルギー流量観測量は、被積分関数内の横方向運動量要因 $q_{\perp}$ に強く敏感であり、高-$p_\perp$ 放射および非共線的効果への感受性が強化される。