[논문 리뷰] Nonperturbative corrections and showering in NLO-matched event generators

S. Dooling, P. Gunnellini외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 04. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 18인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서의 제트 생성을 위한 NLO-매칭 몽테카를로 이벤트 생성기에서 비원점성(NP) 및 파르톤 셔딩(PS) 보정 인자인 $K^{NP}$와 $K^{PS}$를 도입하고 분석한다. NLO-MC 시뮬레이션을 통해 $K^{PS}$가 공선 셔딩에서 에너지-운동량 보존으로 인해 $p_T$ 및 빠르기 의존적인 운동학적 이동을 유도하며, 이는 특히 $|y| \approx 1.5$를 초월할 경우 후방 빠르기 영역에서 제트 형상에 상당한 영향을 미친다. 이러한 효과는 비자명하며 단순 스케일링으로 간주할 수 없다.

ABSTRACT

We study contributions from nonperturbative effects and parton showering in NLO event generators, and present applications to jet final states. We find pT-dependent and rapidity-dependent corrections which can affect the shape of observed jet distributions at the LHC. We illustrate numerically the kinematic shifts in longitudinal momentum distributions from the implementation of energy-momentum conservation in collinear shower algorithms.

연구 동기 및 목표

• 제트 끝상태를 위한 NLO-매칭 이벤트 생성기에서 비원점성(NP) 및 파르톤 셔딩(PS) 보정을 분리하고 정량화하는 것.
• LO-MC 기반 NP 보정과 NLO 계산을 조합할 때 발생하는 모순을 해결하기 위해 일관된 NLO-MC 기반 방법을 도입하는 것.
• 특히 비대칭 위상공간에서 하드 산란 과정의 종방향 운동량 분수 $x$에 대한 파르톤 셔딩의 영향을 조사하는 것.
• 특히 후방 영역에서 전단 운동량 및 빠르기 전반에 걸쳐 $K^{PS}$ 보정의 수치적 중요성을 평가하는 것.
• 이 보정이 정밀한 이론과 LHC 제트 데이터 간의 비교, 특히 PDF 피팅에 미치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• $K^{NP} = N_{\text{NLO-MC}}^{(\text{ps+mpi+had})} / N_{\text{NLO-MC}}^{(\text{ps})}$ 를 정의하여, 양자장론적 효과에서 탈색화 및 다중파르톤 상호작용을 제외한 비원점성 효과를 분리한다.
• $K^{PS} = N_{\text{NLO-MC}}^{(\text{ps})} / N_{\text{NLO-MC}}^{(0)}$ 를 정의하여, 파르톤 셔딩의 영향만을 분리한다. 이는 셔딩 유무에 따라 NLO-MC 시뮬레이션을 수행함으로써 가능하다.
• POWHEG 프레임워크를 사용하여 셔딩 유무에 따라 NLO-MC 이벤트를 생성함으로써 $K^{PS}$ 및 $K^{NP}$ 간의 일관된 비교를 가능하게 한다.
• 반경 $R=0.5$ 및 $R=0.7$ 인 anti-$k_t$ 제트 알고리즘을 적용하여 다양한 빠르기 영역에서 제트 횡운동량 분포를 추출한다.
• 에너지-운동량 보존으로 인한 운동학적 이동을 정량화하기 위해 셔딩 이전 및 이후의 종방향 운동량 분수 $x$ 분포를 분석한다.
• Pythia 및 Herwig 셔딩 구현 간의 결과를 비교하여 셔딩 세부 사항에 대한 민감도를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 파르톤 셔딩으로 인한 $K^{PS}$ 보정은 NLO-매칭 이벤트 생성기에서 제트 횡운동량 분포의 형상에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 특히 후방 영역에서 $K^{PS}$ 보정은 $p_T$ 및 빠르기 의존성 정도가 어느 정도이며, 어떻게 변화하는가?
• RQ3 공선 셔딩과 에너지-운동량 보존으로 인한 종방향 운동량 분수 $x$ 분포의 종방향 이동은 원인과 크기가 무엇인가?
• RQ4 $K^{PS}$ 및 $K^{NP}$ 보정은 전통적인 LO-MC 기반 NP 보정과 비교해 볼 때 $p_T$ 및 빠르기 의존성에서 어떻게 다를까?
• RQ5 $K^{PS}$ 보정은 단순 스케일링 요소로 간주될 수 있는가, 아니면 비자명하고 운동학적으로 복잡한가?

주요 결과

• $K^{PS}$ 보정 인자는 $p_T$ 및 빠르기 의존적이며, 특히 $y \approx 1.5$를 초월할 경우 후방 영역에서 상당한 영향을 미친다. 이 영역에서 종방향 운동량 이동은 무시할 수 없게 된다.
• 중앙 빠르기 영역에서는 셔딩으로 인한 파르톤 종방향 운동량 분수 $x$ 의 운동학적 이동이 무시할 수 있지만, 후방 빠르기 영역에서는 상당히 증가하여 각 이벤트의 하드 산란 운동학을 변화시킨다.
• $K^{PS}$ 보정은 후방 영역에서 가장 크며, 이는 초입자 및 종단자 셔딩 기여의 영향 때문이다. 저 $p_T$ 에서는 초입자 셔딩이 지배적이며, 고 $p_T$ 에서는 종단자 셔딩이 지배적이다.
• $K^{PS}$ 보정은 초입자 및 종단자 복사 간 비자명하고 가산적이지 않은 상호작용이 있기 때문에 단순 스케일링 요소로 간주할 수 없다.
• NLO-기반의 경우 파르톤 운동량 분수 정의 및 $k_T$ 截단 스케일이 다르기 때문에, NLO-MC에서의 $K^{NP}$ 요소는 LO-MC와 다릅니다.
• 이 보정은 제트 분포의 형상에 상당한 영향을 미치며, 포함 제트 및 벡터 보손 데이터를 이용한 전반적 PDF 피팅에 영향을 줄 수 있다.