[논문 리뷰] The Underlying Event in Hard Scattering Processes

R. D. Field|ArXiv.org|2002. 01. 21.

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates인용 수 41

한 줄 요약

이 논문은 1.8 TeV에서의 양성자-반양성자 충돌에서의 기본 이벤트를 CDF 데이터를 사용하여 평가하며, QCD 몬테카를로 모델(PYTHIA, HERWIG, ISAJET)을 비교한다. 다중 파arton 산란을 포함하는 PYTHIA가 특히 횡방향 영역에서 데이터를 가장 잘 기술함을 발견하였으며, ISAJET와 HERWIG는 빔-빔 잔여 기여를 과소평가하고 초기 상태 방사선 효과를 과대평가한다.

ABSTRACT

We study the behavior of the "underlying event" in hard scattering proton-antiproton collisions at 1.8 TeV and compare with the QCD Monte-Carlo models. The "underlying event" is everything except the two outgoing hard scattered "jets" and receives contributions from the "beam-beam remnants" plus initial and final-state radiation. The data indicate that neither ISAJET or HERWIG produce enough charged particles (with PT > 0.5 GeV/c) from the "beam-beam remnant" component and that ISAJET produces too many charged particles from initial-state radiation. PYTHIA which uses multiple parton scattering to enhance the "underlying event" does the best job describing the data.

연구 동기 및 목표

• 1.8 TeV에서의 딱딱한 산란 양성자-반양성자 충돌에서의 기본 이벤트의 구조와 기여를 이해하기 위해.
• CDF 데이터에서 관측된 기본 이벤트를 재현하는 데 있어 QCD 몬테카를로 모델(PYTHIA, HERWIG, ISAJET)의 성능을 평가하기 위해.
• 다중 파톤 산란 모델과 빔-빔 잔여 모델 중 어느 것이 관측된 궤도 입자 다중도 및 횡방향 운동량 분포를 더 잘 설명하는지 판단하기 위해.
• 기본 이벤트 활동에 민감한 횡방향 영역의 관측량을 사용하여 모델의 캘리브레이션을 향상시키기 위해.
• 현재 모델이 부드러운 충돌에서 딱딱한 충돌로의 전이를 설명하는 데서의 한계와 다중 산란에서의 파톤 분포 함수의 역할을 평가하기 위해.

제안 방법

• 주어진 조건에서의 양성자-반양성자 충돌에서의 횡방향 영역(60° < |Δφ| < 120°)에서의 궤도 입자 분포를 분석함. 이 영역은 |η| < 1 및 pT > 0.5 GeV/c 조건으로 정의된 주요 궤도 입자(저자)와 상대적으로 정의됨.
• 횡방향 영역의 'transMAX' 및 'transMIN' 하위 영역을 사용하여 딱딱한 산란(제트 + 방사선)과 빔-빔 잔여 기여를 별도로 분리함.
• CDF의 중심 추적 카메라에서의 데이터를 PYTHIA 6.115, HERWIG 5.9, ISAJET 7.32 예측과 테이너 매개변수를 사용하여 비교함.
• 다중 파톤 상호작용과 빔-빔 잔여를 모델링하기 위해 MSTP(82) = 4 및 PARP(82) = 2.4 GeV/c로 조정된 PYTHIA의 테이너된 버전을 사용함.
• 딱딱한 산란를 보장하기 위해 PT(chgjet#1) > 5 GeV/c 조건을 적용하고, 이 임계값을 낮춤으로써 부드러운 충돌로의 전이를 연구함.
• 횡방향 영역에서의 궤도 입자 pT 분포를 평가하고, 모델 예측과 비교하여 기본 이벤트 활동을 평가함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 PYTHIA, HERWIG, ISAJET는 딱딱한 산란 이벤트의 횡방향 영역에서 궤도 입자 다중도를 얼마나 잘 재현하는가?
• RQ2 빔-빔 잔여, 초기 상태 방사선, 최종 상태 방사선 중 각각의 기여 비율은 어떻게 되는가?
• RQ3 PYTHIA의 다중 파톤 산란이 초기 상태 방사선 없이 모델링된 경우에 비해 기본 이벤트를 얼마나 더 잘 기술하는가?
• RQ4 왜 ISAJET와 HERWIG는 특히 PT(chgjet#1)가 낮을 때 관측된 횡방향 영역 활동을 재현하지 못하는가?
• RQ5 횡방향 영역 관측량에 맞추어 몬테카를로 생성기를 캘리브레이션할 경우, 부드러운 충돌에서 딱딱한 충돌로의 전이를 정확히 모델링할 수 있는가?

주요 결과

• 다중 파톤 산란을 포함한 PYTHIA(CTEQ4L PDF로 조정, MSTP(82) = 4, PARP(82) = 2.4 GeV/c)가 횡방향 영역의 입자 다중도 및 pT 분포를 가장 잘 기술함.
• ISAJET와 HERWIG는 빔-빔 잔여 성분에서 궤도 입자 수(pT > 0.5 GeV/c)를 과소평가하여 데이터와의 일치도가 떨어짐.
• ISAJET는 초기 상태 방사선을 과대평가하여 너무 많은 연한 입자를 생성하지만, HERWIG의 색 응집 효과는 일치도를 향상시켜도 여전히 데이터에 미치지 못함.
• 횡방향 영역의 pT 분포는 데이터 및 PYTHIA 양쪽 모두에서 빔-빔 잔여에 의해 지배되지만, PYTHIA의 다중 파톤 산란 포함으로 더 평탄하고 현실적인 pT 스펙트럼을 얻음.
• 'transMAX'와 'transMIN' 하위 영역은 상호보완적인 제약 조건을 제공함: transMAX는 딱딱한 성분을, transMIN은 빔-빔 잔여를 강조하며, 둘 다 맞추는 것은 모델 캘리브레이션을 향상시킴.
• 딱딱한 산란에서의 기본 이벤트 활동은 초기 상태 방사선만으로는 설명될 수 없으며, 다중 파톤 상호작용이 관측된 입자 다중도 증가를 재현하기 위해 필수적임.