[論文レビュー] Measurement of the primary Lund jet plane density in proton-proton collisions at $ \sqrt{ extrm{s}} $ = 13 TeV

Hayrapetyan, Aram, Aram Hayrapetyan+2375 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 85被引用数 1

ひとこと要約

本論文では、13 TeVの陽子-陽子衝突から得られたCMSデータ138 fb⁻¹を用いて、√s = 13 TeVにおける包含的ジェット生成における主 Lund ジェット平面（LJP）密度の高精度測定を提示する。チャージド粒子トラックに対して反復的Cambridge–Aachenジェット分解を適用することで、ジェット内の部分素粒子放出の位相空間をマッピングし、ln(kT/GeV)およびln(R/∆R)の関数として平均放出密度を測定し、イベントジェネレータにおける部分素粒子シャワーおよびハドロン化モデルの改善に向けた重要なデータを提供する。

ABSTRACT

A measurement is presented of the primary Lund jet plane (LJP) density in inclusive jet production in proton-proton collisions. The analysis uses 138 fb$^{-1}$ of data collected by the CMS experiment at $\sqrt{s}$ = 13 TeV. The LJP, a representation of the phase space of emissions inside jets, is constructed using iterative jet declustering. The transverse momentum $k_\mathrm{T}$ and the splitting angle $ΔR$ of an emission relative to its emitter are measured at each step of the jet declustering process. The average density of emissions as function of $\ln(k_\mathrm{T}/$GeV) and $\ln(R/ΔR)$ is measured for jets with distance parameters $R$ = 0.4 or 0.8, transverse momentum $p_\mathrm{T}$ $\gt$ 700 GeV, and rapidity $\vert y\vert$ $\lt$ 1.7. The jet substructure is measured using the charged-particle tracks of the jet. The measured distributions, unfolded to the level of stable particles, are compared with theoretical predictions from simulations and with perturbative quantum chromodynamics calculations. Due to the ability of the LJP to factorize physical effects, these measurements can be used to improve different aspects of the physics modeling in event generators.

研究の動機と目的

• 高運動量のジェットにおける主Lundジェット平面（LJP）密度を測定し、部分素粒子放出の位相空間を調べること。
• ジェットサブストラクチャーにおいて、部分素粒子シャワリング、ハドロン化、およびバックグラウンドイベント活動の寄与を分離すること。
• LHC物理学で用いられるモンテカルロイベントジェネレータのチューニングおよび検証のための高精度データを提供すること。
• 摂動的QCD予測の検証を図り、シミュレーションにおけるジェット形成のモデリングを改善すること。
• LJP形式的フレームワークを用いて、ジェットサブストラクチャーにおける物理的効果の因数分解を可能にし、理論的制御を向上させること。

提案手法

• 分析には、CMS実験が収集した13 TeVの陽子-陽子衝突データ138 fb⁻¹を用いる。
• ジェットはCambridge–Aachen（CA）アルゴリズムを用いて再構築され、パラメータR = 0.4または0.8、pT > 700 GeV、|y| < 1.7を満たす。
• 反復的ジェット分解がCAクラスタリング履歴の逆方向に適用され、各1→2分割がより強いおよびより弱いサブジェットを介して追跡される。
• 各分解ステップで、分割角∆Rと弱いサブジェットの横方向運動量kTが計算され、∆R = √(Δy² + Δϕ²)およびkT = pT,j2 × ∆Rを用いる。
• Lundジェット平面（LJP）は、ln(kT/GeV)を縦軸、ln(1/∆R)を横軸にプロットすることで構築され、角度順序に従い∆Rが大きい順に発光が並べ替えられる。
• 分布は安定なチャージド粒子レベルにアンフォールドされ、摂動的QCD計算およびモンテカルロシミュレーションと比較される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 13 TeVにおける主Lundジェット平面で、ジェット内の部分素粒子放出密度はkTおよび∆Rにどのように依存するか？
• RQ2 摂動的QCD計算は、測定されたLJP密度分布をどの程度正確に記述できるか？
• RQ3 現在のモンテカルロイベントジェネレータは、LJPにおける測定されたジェットサブストラクチャーをどの程度正確に再現できるか？
• RQ4 LJP形式的フレームワークは、部分素粒子シャワリング、ハドロン化、およびバックグラウンドイベント活動の寄与を効果的に分離できるか？
• RQ5 この高精度LJP測定を用いて、イベントジェネレータのチューニングにどのような改善がなせるか？

主な発見

• 測定された主Lundジェット平面密度は、軟らかく、共線的領域において次-leading-logarithmic（NLL）摂動的QCD計算と良好な一致を示す。
• 小kTおよび大∆Rにおいて、ln(kT/GeV)およびln(1/∆R)にわたる一様な分布を示し、QCDスケーリングの期待と整合的である。
• 高kTおよび小∆Rにおいては乖離が観測され、これは現在の部分素粒子シャワーモデルの限界を示し、より良い再結合または行列式マッチングの必要性を示唆する。
• データは、小∆Rおよび高kTにおける発光の明確な抑制を示しており、これはハドロン化や色のコherenecyなどの非摂動的効果に起因するとされる。
• 測定された分布は、特にモデリングが最も困難な高kTおよび小∆R領域において、イベントジェネレータのチューニングに強い制約をもたらす。
• 結果は、LJPがイベントジェネレータにおけるジェット物理学モデリングの個々の要素を分離・改善するための因数分解可能な観測量としての有効性を示している。