[논문 리뷰] Non-perturbative QCD Effects and the Top Mass at the Tevatron

Daniel Wicke, Peter Skands|arXiv (Cornell University)|2008. 07. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 최신 Pythia 6.416 시뮬레이션을 사용하여 테바트론에서의 토프 쿼크 질량 측정에 대해 비준거적 QCD 효과—특히 색 재결합과 바탕 이벤트 모델링—이 미치는 영향을 조사한다. 비준거적 불확실성은 ±0.5 GeV 미만으로 추정되며, 총 ±1.0 GeV의 불확실성의 대부분은 파arton 쇼 모델의 준거적 효과에 기인한다.

ABSTRACT

The modelling of non-perturbative effects is an important part of modern collider physics simulations. In hadron collisions there is some indication that the modelling of the interactions of the beam remnants, the underlying event, may require non-trivial colour reconnection effects to be present. We recently introduced a universally applicable toy model of such reconnections, based on hadronising strings. This model, which has one free parameter, has been implemented in the Pythia event generator. We then considered several parameter sets (`tunes'), constrained by fits to Tevatron minimum-bias data, and determined the sensitivity of a simplified top mass analysis to these effects, in exclusive semi-leptonic top events at the Tevatron. A first attempt at isolating the genuine non-perturbative effects gave an estimate of order +-0.5GeV from non-perturbative uncertainties. The results presented here are an update to the original study and include recent bug fixes of Pythia that influenced the tunings investigated.

연구 동기 및 목표

• 테바트론에서의 토프 쿼크 질량 측정에 비준거적 QCD 효과, 특히 색 재결합과 바탕 이벤트 모델링이 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 더 최근의 Pythia 이벤트 생성기 버전(v6.416)을 사용하여 이전 결과를 업데이트하기 위해, 파arton 쇼 알고리즘의 수정이 반영된 버전을 사용하기 위해.
• 비준거적 모델링의 차이에서 기인하는 토프 질량 측정의 불확실성을 정량화하기 위해, 특히 몬테카를로 조정 및 캘리브레이션의 맥락에서.
• 전체 캘리브레이션 불확실성에서 비준거적 효과와 준거적 효과의 기여도를 분리하기 위해.

제안 방법

• Pythia 6.416에 색 재결합의 보편적 적용 가능한 토이 모델을 구현하였으며, 스트링 시스템의 잠재 에너지를 최소화하기 위해 어닐링 유사 알고리즘을 사용하였다.
• 업데이트된 최소 복잡도 데이터를 사용하여 여러 Pythia '튜닝'을 재조정하였으며, 이는 CDF의 평균 횡방향 운동량 측정값을 충전 다중도 함수의 함수로 포함하였다.
• 다양한 모델 설정에 대해 재구성된 토프 질량을 추정하기 위해 배제적 반-전자류 토프 이벤트에 대한 단순화된 토이 분석을 수행하였다.
• 노멀라이즈된 토프 질량을 165에서 185 GeV로 스캔하고 재구성된 질량 분포를 피팅하여 175 GeV에서 오프셋을 추출함으로써 캘리브레이션 곡선을 생성하였다.
• 두 가지 질량 추정기(일반형과 JES 스케일링을 적용한 보정형)를 사용하여 체계적 편향을 평가하였다.
• 모델 간 캘리브레이션 오프셋의 산란을 파arton 쇼 순서(준거적)와 비준거적(색 재결합, 바탕 이벤트) 기여도로 분해하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비준거적 QCD 효과, 특히 색 재결합이 테바트론 이벤트에서 재구성된 토프 쿼크 질량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 파arton 쇼 순서의 차이(가상성 vs. pT-순서)가 토프 질량 캘리브레이션 불확실성에 얼마나 기여하는가?
• RQ3 파톤 쇼의 버그 수정이 반영된 최신 Pythia 6.416 튜닝이 조정과 결과적으로 얻어진 질량 캘리브레이션에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 총 토프 질량 불확실성의 몇 퍼센트가 비준거적 효과에서 기인하는가?
• RQ5 바탕 이벤트 및 빔 잔여물 모델의 변화에 대해 토프 질량 측정은 얼마나 민감한가?

주요 결과

• JES 스케일링을 적용한 질량 추정기에서 비준거적 모델의 차이로 인한 총 캘리브레이션 불확실성은 약 ±1.0 GeV이다.
• 비준거적 효과는 토프 질량 불확실성에 ±0.5 GeV 미만의 기여를 하며, 현재 정밀도 수준에서 작지만 무시할 수 없는 영향을 미친다.
• 불확실성의 가장 큰 성분(약 ±0.7 GeV)은 파톤 쇼 모델의 준거적 차이, 특히 가상성 순서와 pT-순서 쇼의 선택에서 기인한다.
• 수정된 pT-순서 쇼를 반영한 최신 Pythia 6.416 생성기는 약간의 모델 산란 감소를 가져왔지만, 원래 연구의 정성적 결론은 그대로 유지된다.
• 두 질량 추정기 모두 캘리브레이션 곡선이 뛰어난 선형성을 보이며, JES 보정이 재구성된 질량과 노멀라이즈된 토프 질량 간의 오프셋을 크게 감소시켰다.
• 캘리브레이션 오프셋의 산란은 주로 파톤 쇼 모델의 차이에서 기인하며, 비준거적 효과(색 재결합, 바탕 이벤트)는 총 불확실성의 더 작은, 그러나 여전히 측정 가능한 비율을 차지한다.