[논문 리뷰] Soft QCD Measurements at LHCb

P. Ilten|arXiv (Cornell University)|2014. 09. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 17인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 LHCb에서 7 TeV 프로톤-프로톤 충돌을 이용해 전방 영역의 소프트 QCD 측정을 수행하며, 기본 이벤트 및 하드론화 모형을 시험하기 위해 충전 입자 다중도와 에너지 흐름을 중점적으로 다룬다. 몬테카를로 생성기인 Pythia와 Herwig++를 LHC 데이터와 비교 평가한 결과, Pythia 8 tune-4C와 LHCb에 맞춰 조정된 모형이 특히 고표현도 영역에서 데이터를 가장 잘 기술함을 확인하였다.

ABSTRACT

Studies in the forward region of charged particle multiplicity and density, as well as energy flow, are presented. These measurements are performed using data from proton-proton collisions at a center-of-mass energy of 7 TeV, collected with the LHCb detector. The results are compared to predictions from a variety of Monte Carlo event generators and are used to test underlying event and hadronization models as well as the performance of event generator tunes in the forward region.

연구 동기 및 목표

• LHCb 검출기로 7 TeV에서의 소프트 QCD 과정에 대한 새로운 실험 데이터를 제공하기 위해 전방 표현도 영역(2 ≤ η ≤ 5)을 대상으로 한다.
• 특히 전방 영역에서 기본 이벤트 및 하드론화를 모델링하는 몬테카를로 이벤트 생성기의 성능을 시험한다.
• 초기 상태 복사, 최종 상태 복사, 다중 파트온 상호작용(MPI)이 입자 다중도와 에너지 흐름에 미치는 영향을 분리하여 분석한다.
• 적외선 민감도 및 적외선 안정성 관측량을 사용하여 하드론화 모형(스트링 대비 클러스터)과 MPI 모형을 검증하고 조정한다.
• 고에너지 물리학 공동체 전반에서 이벤트 생성기 조정에 널리 사용할 수 있도록 Rivet 호환 분석 플러그인을 제공한다.

제안 방법

• 전방 표현도 영역(2.0 < η < 4.8)에서 전방 운동량 > 0.2 GeV 및 총 운동량 > 2 GeV를 만족하는 충전 입자 다중도와 밀도를 측정한다.
• 재구성 불완전성, 트랙 순도(6.5%의 잡음, 1%의 중복, 4.5%의 비순수 입자) 및 트랙 없음 수용률 보정을 위해 이벤트별 재가중치 조정을 적용한다.
• 피크업 효과와 검출기 해상도를 제거하기 위해 박스 간 보정 행렬을 사용하여 단일 상호작용 분포를 복원한다.
• 2 < p < 1000 GeV인 트랙을 사용하여 표현도 단위당 평균 충전 입자 에너지로 에너지 흐름을 정의한다.
• 트랙 다중도와 표현도 기반으로 하드 산란, 비분리성, 분리성 강화 이벤트 샘플로 이벤트를 분할한다.
• 체계적 불확실성은 다양한 Pythia 설정을 변화시켜 추정하며, 데이터를 Pythia 6/8, Herwig++, 그리고 에어 샤워 생성기(Epos, QGSJet, Sibyll)의 예측과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 √s = 7 TeV에서 2 < η < 4.8 영역에서 Pythia와 Herwig++ 이벤트 생성기가 전방 영역의 충전 입자 다중도와 밀도를 얼마나 잘 기술하는가?
• RQ2 LHCb의 전방 기하학적 조건에서 관측된 입자 다중도와 운동량 분포를 더 잘 기술하는 하드론화 모형은 스트링 모형인지 클러스터 모형인가?
• RQ3 Pythia 8 및 Herwig++의 다양한 튜닝 설정이 전방 영역에서 기본 이벤트 및 다중 파트온 상호작용을 모델링하는 데 얼마나 잘 작동하는가?
• RQ4 하드에서 소프트로, 소프트에서 하드로의 MPI 모형이 다양한 이벤트 유형에서 측정된 충전 에너지 흐름을 얼마나 정확히 기술하는가?
• RQ5 비-LHC 튜닝된 이벤트 생성기 설정은 전방 영역에서 데이터에서 체계적으로 벗어나는가? 그리고 LHCb 데이터는 조정 개선에 기여할 수 있는가?

주요 결과

• Pythia 8 tune-4C와 LHCb에 맞춰 조정된 Pythia 8 설정이 표현도 및 전방 운동량 영역 전반에서 측정된 충전 입자 다중도와 밀도와 가장 우수한 일치를 보인다.
• LHCb에 맞춰 조정된 Pythia 8과 Herwig++ UE-EE-5-MRST 튜닝 설정이 데이터를 잘 기술하지만, 비-LHC 튜닝 모형은 전방 영역에서 입자 밀도를 체계적으로 과소평가한다.
• 에너지 흐름에 대해서는 Pythia 8이 큰 η에서 하드 산란 이벤트를 일관되게 과대평가하지만, Pythia 6는 고표현도에서 과소평가한다. 두 경우 모두 색 재결합 튜닝으로 개선된다.
• 비분리성 샘플은 Pythia 8, 색 재결합이 없는 Pythia 6, Epos, Sibyll에 의해 잘 기술되며, QGSJet 생성기는 모든 η 영역에서 과대평가한다.
• 분리성 강화 이벤트는 Pythia 8에 의해 잘 모의되지만, 다른 모든 생성기는 과소평가한다. 이는 분리성 MPI 모형 개선이 필요함을 시사한다.
• 총 에너지 흐름은 충전 에너지 흐름과 중성입자 대 충전 입자 비율을 기반으로 추정되었으며, 충전 에너지 흐름과 유사한 경향을 보였고, 고표현도에서 일관된 모형 편차가 관측되었다.