[논문 리뷰] The Underlying Event in Hadron-Hadron Collisions

V. Tano|ArXiv.org|2002. 05. 10.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 CDF에서 프로톤-양프로톤 충돌의 기본 이벤트를 두 개의 최고 에너지 점검에서 가장 높은 에너지의 제트들에서 벗어난 영역의 입자들에서의 횡방향 운동량을 측정하여 분석한다. Herwig 및 Pythia 몬테카를로 모델이 데이터를 정확히 재현하지 못함을 발견하였으며, 특히 1800 GeV에서 이중 제트의 고다중도 및 고횡방향 운동량 尾부를 포괄하지 못함을 확인하였다. 이는 LHC 제트 물리에서 소프트 QCD 상호작용의 향상된 모델링이 필요하다는 점을 시사한다.

ABSTRACT

We measured the ambient energy in jet events using data of the CDF experiment at center-of-mass energies of 1800 and 630 GeV by examining the transverse momentum of charged particles in a region of the detector far away from the two most energetic jets in the event. The energy is compared to that found in minimum bias events. CDF data are compared to Monte Carlo predictions: neither Herwig nor Pythia can reproduce the data in detail.

연구 동기 및 목표

• 두 개의 주요 에너지 제트에서 멀리 떨어진 영역에서의 충돌 입자들의 횡방향 운동량을 이용하여 하드론-하드론 충돌에서의 기본 이벤트 에너지를 측정하는 것.
• 제트 이벤트에서의 기본 이벤트 에너지가 최소 비bias 이벤트와 동일하다는 가정의 타당성을 검증하는 것.
• 1800 및 630 GeV에서 Herwig 및 Pythia 몬테카를로 생성기의 기본 이벤트 특성을 재현하는 성능을 평가하는 것.
• LHC 제트 재구성에 관련된 소프트 및 반경량 상호작용에 대한 현재 모델의 결함을 규명하는 것.

제안 방법

• 제트를 정의하고 두 번째로 높은 에너지를 가진 제트를 식별하기 위해 고정된 콘 알고리즘을 사용하며, 콘 반경은 0.7이다.
• 주 제트의 앙도에서 ±90°에 위치한 두 개의 콘을 선택하여 기본 이벤트를 탐색하고, 제트 활동을 피한다.
• 최대 및 최소 콘 영역에서의 충돌 입자들의 횡방향 운동량을 측정하여 경량 산란 및 소프트 배경 기여를 분리한다.
• 최소 비bias 이벤트 및 제트 트리거 이벤트를 사용하여 1800 GeV 및 630 GeV CDF 런의 데이터를 Herwig 및 Pythia 몬테카를로 시뮬레이션과 비교한다.
• 시뮬레이션 분포를 데이터에 정규화하고 중심 빠르도 영역에서의 다중도 및 횡방향 운동량 분포를 분석한다.
• 정점 선택 기준을 사용하여 기본 이벤트 에너지 추정에 영향을 미치는 시스템적 오차를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 제트 이벤트에서의 기본 이벤트 에너지가 일반적으로 가정하는 것처럼 최소 비bias 이벤트와 일치하는가?
• RQ2 Herwig 및 Pythia 몬테카를로 생성기가 제트 이벤트에서의 기본 이벤트의 횡방향 운동량 및 다중도 분포를 얼마나 잘 재현하는가?
• RQ3 왜 두 몬테카를로 모델 모두 1800 GeV에서 최소 비bias 이벤트의 고다중도 및 고pT 꼬리 부분을 설명하지 못하는가?
• RQ4 고차항 QCD 효과 및 다중 파르톤 상호작용이 기본 이벤트에 얼마나 기여하는가?
• RQ5 이러한 불일치는 LHC에서 제트 에너지 제거 및 피킹업 완화에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 1800 GeV에서 최소 콘의 횡방향 운동량은 주 제트의 에너지가 증가함에 따라 변화가 없으며, 이는 고차항 복사 기여가 미미하다는 것을 시사하며, 기대와는 반대로 행동한다.
• 최대 콘의 횡방향 운동량은 주 제트의 에너지가 증가함에 따라 증가하며, 이는 제3의 제트 기여를 나타내며, Pythia는 고에너지 영역에서 이를 과대평가한다.
• 1800 GeV에서 Herwig 및 Pythia 모두 최소 비bias 이벤트에서의 고다중도 꼬리 분포를 재현하지 못한다.
• Herwig는 최소 비bias 이벤트에서 pT > 4 GeV/c 인 트랙을 생성하지 못하여 반경량 물리 기술의 부족함을 보여준다.
• Pythia는 Herwig보다 횡방향 운동량 스펙트럼을 더 잘 기술하지만 여전히 최소 비bias 이벤트에서 고pT 트랙의 수를 과소평가한다.
• 경중 충돌 이벤트에서의 기본 이벤트는 소프트 최소 비bias 이벤트보다 훨씬 활성도가 높으며, 제트 이벤트에서 임의의 콘에서의 횡방향 운동량은 최소 콘보다 최대 20% 높다.