[논문 리뷰] Underlying Event Studies at RHIC

H. Caines|ArXiv.org|2009. 10. 27.

High-Energy Particle Collisions Research참고 문헌 4인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 RHIC에서 √s = 200 GeV에서 p-p 충돌의 배경 이벤트에 대한 初기 측정치를 제시한다. STAR 검출기와 여러 점검 알고리즘(kT, anti-kT, SISCone)을 사용하여, 테바트론 데이터에 캘리브레이션된 PYTHIA 6.410과 결과를 비교한다. 주요 발견은 다중 파트온 상호작용에 대한 에너지 의존성 파라미터 ε = 0.25를 사용한 PYTHIA가 데이터를 더 잘 기술하며, 이는 LHC 예측에서 ε = 0.16를 사용할 경우 배경 이벤트 활동을 과도하게 예측할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

By studying p-p collisions we hope to improve our understanding of the fundamental constituents of matter and how they form into colorless objects. Measurements of the inclusive jet cross-sections and fragmentation properties have confirmed that QCD based calculations give a good description of the hard scattering processes. However, as our analysis of jets has improved it has become clear that there is significant contribution to these measurements from processes other than those directly related to the initial hard scattering - the so-called underlying event. Several processes contribute to the underlying event, namely the beam-beam remnants, initial and final state radiation and multiple parton interactions. The structure of the jet and the underlying event are strikingly different in both their particle compositions and momentum distributions. Only by understanding both components can one fully describe a p-p collision. I will discuss preliminary results from studies of the underlying event in p-p collisions at sqrt(s) = 200 GeV at RHIC, and compare to PYTHIA predictions, as well as earlier results from the Tevatron at 1.8-1.96 TeV.

연구 동기 및 목표

• RHIC에서 √s = 200 GeV에서의 p-p 충돌에서 배경 이벤트의 구조를 측정하여 중수성 충돌 연구의 기초 자료를 확보하기 위해.
• 1.8–1.96 TeV에서 캘리브레이션된 PYTHIA 몬테카를로 예측이 저에너지 p-p 충돌에 대해 타당한지 테스트하기 위해.
• 최근 RHIC 데이터와 예측을 비교하여 PYTHIA에서 다중 파트온 상호작용의 에너지 스케일링 파라미터 ε를 정확히 규명하기 위해.
• 초기 및 최종 상태 복사와 빔-빔 잔여물이 RHIC 에너지에서 배경 이벤트의 형태를 어떻게 형성하는지 평가하기 위해.
• 핵심 입자 충돌에서의 제트 분해 및 배경 이벤트 구성의 입자 수준 기초 자료를 제공하여 Quark-Gluon Plasma 연구에 필수적인 자료를 확보하기 위해.

제안 방법

• 충전 입자는 STAR Time Projection Chamber(기본 전기계)를 사용하여 재구성하였고, 중성 에너지는 Barrel Electromagnetic Calorimeter(BEMC)로 측정하였다.
• 고역도량의 이중 제트 이벤트를 선택하기 위해, 1×1 Δη×Δφ 영역에서 ET > 8 GeV가 요구되는 '제트 패치' 트리거를 사용하였다.
• 세 가지 적외선 및 충돌 안정성 있는 제트 알고리즘(kT, anti-kT, SISCone)을 사용하여 R = 0.7로 제트를 재구성하였다.
• 배경 이브넷은 주로 제트의 수직 영역에서 측정되었으며, TransMin 및 TransMax 영역으로 나뉘었고, 충전 입자 밀도와 평균 pT로 활동도를 측정하였다.
• PYTHIA 6.410은 Tune A로 사용되었으며, CDF 1.8–1.96 TeV 데이터에 캘리브레이션되었고, 에너지 스케일링 파라미터 ε는 0.16에서 0.25 사이로 변조하여 배경 이브넷 예측에 미치는 영향을 테스트하였다.
• 입자 밀도 비율을 통해 초기/최종 상태 복사 효과를 평가하기 위해 '주도' 및 '백-투백' 이벤트 집합에서 데이터를 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RHIC 에너지에서 주로 제트의 횡방향 운동량에 따라 배경 이브넷의 충전 입자 밀도는 어떻게 변화하는가?
• RQ2 PYTHIA 예측에서 ε = 0.25를 사용할 경우, ε = 0.16에 비해 RHIC에서의 배경 이브넷을 얼마나 더 잘 기술하는가?
• RQ3 √s = 200 GeV에서 경량 충돌 과정에서의 대각도 초기 또는 최종 상태 복사가 유의미하게 존재하는가?
• RQ4 RHIC에서 '주도' 및 '백-투백' 이벤트 집합 간에 배경 이브넷의 입자 밀도와 평균 pT는 어떻게 비교되는가?
• RQ5 LHC 에너지에서 다중 파트온 상호작용의 에너지 스케일링 파라미터 ε는 배경 이브넷 활동 예측에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 배경 이브넷의 입자 밀도와 평균 pT는 주로 제트의 pT에 크게 의존하지 않으며, 하드 충돌 스케일에서의 분리됨을 시사한다.
• ε = 0.25를 사용한 PYTHIA는 수직 영역에서 입자 다수를 略적으로 과소 예측하고 평균 pT도 약간 과소 예측하지만, 제트 내부 활동도를 과대 예측하여 ε = 0.16에 비해 데이터와 더 나은 일치를 보인다.
• TransMin 대 TransMax 입자 밀도 비율은 포isson 분포의 변동 범위 내에 있으며(비율 ≈ 1), 이는 RHIC 에너지에서 하드 충돌 과정의 대각도 복사가 거의 없음을 시사한다.
• 데이터는 다중 파트온 상호작용에 대한 더 높은 에너지 의존성(ε = 0.25)을 지지하며, 이는 이전에 사용된 ε = 0.16보다 더 높은 에너지 의존성을 반영해야 함을 의미한다. 이는 LHC 예측에서 ε = 0.16를 사용할 경우 배경 이브넷 활동을 과대 예측할 수 있음을 시사한다.
• 배경 이브넷의 입자 pT 스펙트럼은 제트 내의 것보다 현저히 더 부드럽다. 이는 운동량 및 구성 구조가 상이함을 확인한다.
• 세 가지 제트 알고리즘(kT, anti-kT, SISCone)은 일관된 결과를 도출하여, 다양한 재구성 방법에 걸쳐 배경 이브넷 측정의 견고성을 검증한다.