[논문 리뷰] Hadronization Corrections to Jet Cross Sections in Deep-Inelastic Scattering

M. Wobisch, T. Wengler|ArXiv.org|1999. 07. 08.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 120

한 줄 요약

이 논문은 다양한 절연체 알고리즘을 통해 깊은 비탄성 산란에서 조각의 단면적에 대한 비역학적 하드론화 보정을 평가한다. HERWIG, JETSET, ARIADNE의 분열 모델을 사용하여, 포함형 $k_{\perp}$-순서 알고리즘이 10% 미만의 가장 작은 하드론화 보정을 제공함을 발견하였으며, 이는 다음 주요 순서(NLO) 양자 chromodynamics(QCD) 예측의 불확실성과 유사한 수준이어서, 10% 미만의 정밀도로 QCD를 시험할 수 있게 한다.

ABSTRACT

The size of non-perturbative corrections to high E_T jet production in deep-inelastic scattering is reviewed. Based on predictions from fragmentation models, hadronization corrections for different jet definitions are compared and the model dependence as well as the dependence on model parameters is investigated. To test whether these hadronization corrections can be applied to next-to-leading order (NLO) calculations, jet properties and topologies in different parton cascade models are compared to those in NLO. The size of the uncertainties in estimating the hadronization corrections is compared to the uncertainties of perturbative predictions. It is shown that for the inclusive k_\perp ordered jet clustering algorithm the hadronization corrections are smallest and their uncertainties are of the same size as the uncertainties of perturbative NLO predictions.

연구 동기 및 목표

• 깊은 비탄성 산란에서 고-$E_T$ 조각 생성에 있어서 비역학적 하드론화 보정의 크기와 모델 의존성을 평가하기 위해.
• 새로운 각도 순서 기반 포함형 알고리즘(Aachen 알고리즘 포함)을 포함한 다양한 조각 클러스터링 알고리즘 간의 하드론화 보정을 비교하기 위해.
• 파트온 캐스케이드 모델과 NLO 계산을 비교하여, 하드론화 보정이 NLO 양자 색역학(QCD) 예측에 신뢰성 있게 적용될 수 있는지 평가하기 위해.
• 하드론화 보정의 불확실성을 정량화하고, 이를 양자역학적 NLO 불확실성과 비교하기 위해.

제안 방법

• 주어진 행위 생성기(HERWIG, LEPTO, ARIADNE)를 사용하여, 최초 주어진 행위 행렬 요소, 파트온 쇼워, 비역학적 분열 모델(Lund 스트링, 클러스터 분열)을 적용한다.
• 네 가지 조각 정의를 적용: 배제형 및 포함형 $k_{\perp}$-순서, Cambridge(각도 순서), 그리고 새로운 Aachen 알고리즘(포함형, 각도 순서).
• 하드론화 보정을 파트온 수준와 하드론 수준의 관측량 비율로 정의한다: $c_{\text{hadr.corr.}} = \mathcal{O}_{\text{parton}} / \mathcal{O}_{\text{hadron}}$.
• 파트온 캐스케이드 모델과 NLO 계산 간의 조각 구조 및 특성(예: 서브조각 다수, 각도 분포 등)을 비교하여 모델의 호환성을 평가한다.
• 재정규화 및 분리 스케일을 변화시켜 NLO 단면적에서의 양자역학적 불확실성을 추정한다.
• 모델 파rameter와 조각 해상도 파rameter(예: $R_0$)에 대한 민감도를 테스트하여 하드론화 보정 추정의 강건성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 깊은 비탄성 산란에서 다양한 조각 클러스터링 알고리즘 간의 하드론화 보정은 어떻게 달라지나?
• RQ2 HERA 운동역학 범위에서 고-$E_T$ 조각에 대한 하드론화 보정의 크기와 모델 의존성은 어떠한가?
• RQ3 파트온 캐스케이드 모델의 조각 구조는 NLO 양자 색역학(QCD) 계산과 어떻게 비교되며, 이는 하드론화 보정의 불확실성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 하드론화 보정 추정의 불확실성은 얼마이며, 이는 NLO 양자역학적 예측의 불확실성과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 해당 보정 크기와 불확실성이 고려될 때, 포함형 $k_{\perp}$-순서 알고리즘이 정밀도 QCD 시험에 신뢰성 있게 사용될 수 있는가?

주요 결과

• 포함형 $k_{\perp}$-순서 조각 알고리즘은 단면적의 큰 영역에서 하드론화 보정이 10% 미만이었으며, 특히 고$Q^2$ 및 고$E_{T\text{ jet}}$ 영역에서 그러하다.
• 하드론화 보정은 포함형 $k_{\perp}$-순서 알고리즘에서 가장 작으며, 배제형 및 각도 순서 정의에서 크게 증가한다.
• HERWIG, JETSET, ARIADNE의 모델 예측은 양호한 일치를 보이며, 특정 모델 파rameter에 대해 약한 의존성을 보인다.
• 포함형 $k_{\perp}$ 알고리즘의 하드론화 보정 불확실성은 4% 미만이며, NLO 예측의 스케일 변화에 의한 5% 불확실성과 유사하다.
• 파트온 캐스케이드 모델과 NLO 계산 간의 각도 분포 및 서브조각 다수의 차이는 하드론화 보정 추정에 크게 영향을 주지 않는다.
• $R_0$ 파rameter(조각 해상도)에 의한 불확실성은 5% 미만이었으며, 이는 포함형 $k_{\perp}$-순서 알고리즘이 강건함을 시사한다.