[논문 리뷰] Multi-jet Merging with TMD Parton Branching

A. Bermúdez Martínez, F. Hautmann외 1명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 고에너지 레이저 충돌에서 다중재료 합성의 정밀도를 향상시키기 위해 초기상태 파arton 쇼의 횡방향 운동량 반동을 포함시켜 새로운 TMD 파arton 분열 방법을 도입한다. 복합적인 파arton 쇼 근사치를 TMD로 진화된 초기상태 분포로 대체함으로써 이론적 체계적 불확실성을 감소시키고, 특히 행렬원소 샘플에서 사용된 최고의 재료 수를 초월하는 고다중도 재료 끝 상태의 기술을 향상시킨다.

ABSTRACT

One of the main theoretical systematics in studies of final states with large jet multiplicities at high-energy hadron colliders is associated with the merging of QCD parton showers and hard-scattering matrix elements. We present a method to incorporate the physics of transverse momentum recoils due to initial-state shower evolution into multi-jet merging algorithms by using the concept of transverse momentum dependent (TMD) distributions and the associated parton branching. We investigate the dependence on the merging scale and illustrate the impact of the new method at the level of both exclusive and inclusive final-state observables by studying differential jet rates, transverse momentum spectra and multiplicity distributions, using vector boson + jets events at the LHC as a case study.

연구 동기 및 목표

• 고다중도 끝 상태에서 특히 중요한 다중재료 합성의 이론적 체계적 불확실성을 해결한다.
• 파arton 쇼 방출 모델링의 향상으로 예측의 융합 스케일 의존도를 감소시킨다.
• 다중재료 합성 알고리즘에 초기상태 진화에서 유래한 횡방향 운동량 의존성(TMD) 효과를 통합한다.
• 특히 행렬원소 샘플의 재료 수를 초월하는 경우에 대해 배제적 및 포함적 재료 관측량의 기술을 향상시킨다.
• 실제 LHC Z+ 재료 과정에서 TMD 기반 합성의 가능성과 이점이 표준 복합적인 합성과 비교하여 입증된다.

제안 방법

• 횡방향 운동량 반동 효과를 고려한 초기상태 파arton 쇼를 모델링하기 위해 TMD 진화의 파arton 분열(PB) 공식을 채택한다.
• 초기상태 파arton의 횡방향 운동량 의존성을 기록하기 위해 TMD 파arton 분포함수(PDFs)를 사용하여 복합적인 PDFs를 대체한다.
• MLM 매칭 기법을 통해 TMD로 진화된 파arton 쇼를 행렬원소로 생성된 이벤트와 통합하여 이벤트 무게 일관성을 유지한다.
• LHC에서 Z 보손과 재료의 생성에 이 방법을 적용하고, 복합적인 합성과 ATLAS 데이터를 비교한다.
• 배제적 및 포함적 재료 관측량을 사용하여 융합 스케일 의존성과 이론적 불확실성에 대한 체계적 연구를 수행한다.
• 행렬원소의 복합 근사치(ˆσ(0))를 사용하면서도 TMD 효과는 오직 초깃값 PDFs를 통해만 통합하여 행렬원소 무게를 수정하지 않는다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다중재료 합성에 TMD 파arton 분열을 통합함으로써 융합 스케일과 관련된 이론적 체계적 불확실성은 어떻게 감소하는가?
• RQ2 최고의 행렬원소 샘플의 재료 수를 초월하는 고다중도 재료 분포의 기술에 대해 TMD 기반 합성은 얼마나 향상되는가?
• RQ3 초기상태 파arton 쇼에서의 TMD 효과는 재료의 횡방향 운동량 스펙트럼과 이재료의 진동각 분리도와 같은 차별적 재료 관측량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 Z+ 재료 이벤트에서 TMD 진화는 포함적 및 배제적 재료 수 분포에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 ATLAS 데이터에서 Z+ 다중재료 생성에 대한 표준 복합적인 합성과 비교했을 때 새로운 방법은 어떤 성능을 보이는가?

주요 결과

• TMD 합성 방법은 특히 고다중도 영역에서 융합 스케일과 관련된 이론적 체계적 불확실성을 감소시킨다.
• 특히 최고의 행렬원소 샘플을 초월하는 재료 수를 가진 이벤트에서, 이 방법은 이재료의 진동각 분리도 및 횡방향 운동량 스펙트럼과 같은 배제적 재료 관측량의 기술을 향상시킨다.
• 포함적 재료 수 분포는 TMD 합성을 사용할 경우 ATLAS 데이터와 더 잘 일치하며, 특히 고다중도 尾부에서 그러한 일치가 뚜렷하다.
• 재료의 횡방향 운동량 스펙트럼은 TMD 합성으로 더 정확하게 모델링되며, 초기상태의 횡방향 운동량 반동의 정확한 운동학적 효과를 반영한다.
• TMD 진화를 사용할 경우 이재료 질량 분포는 융합 스케일에 대해 감소된 민감도를 보이며, 더 안정적인 이론적 예측을 의미한다.
• φ∗ 및 총 횡방향 운동량의 스칼라 합과 같은 다양한 관측량에서 일관된 성능을 보이며, 다양한 위상공간 영역에서의 강건성을 확인한다.