[論文レビュー] Nonperturbative corrections and showering in NLO-matched event generators

S. Dooling, P. Gunnellini+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 18被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、LHCにおけるジェット生成のNLOマッチドモンテカルロイベントジェネレータにおいて、非摂動的（NP）およびパートンシャワーリング（PS）補正係数 $K^{NP}$ と $K^{PS}$ を導入し、それらを分析する。NLO-MCシミュレーションを用いて、エネルギー運動量保存則に起因する共線シャワー生成に起因する $K^{PS}$ が、 $p_T$ およびラピディティに依存する運動量のずれを引き起こすことが示され、特に $|y| \approx 1.5$ を超える前方ラピディティ領域でジェット形状に顕著な影響を与える。これらの効果は非自明であり、単純なスケーリングとは見なせない。

ABSTRACT

We study contributions from nonperturbative effects and parton showering in NLO event generators, and present applications to jet final states. We find pT-dependent and rapidity-dependent corrections which can affect the shape of observed jet distributions at the LHC. We illustrate numerically the kinematic shifts in longitudinal momentum distributions from the implementation of energy-momentum conservation in collinear shower algorithms.

研究の動機と目的

• ジェット最終状態のNLOマッチドイベントジェネレータにおける非摂動的（NP）およびパートンシャワーリング（PS）補正を分離し、定量化すること。
• LO-MCにおけるNP補正とNLO計算を組み合わせる際の不一致を解消するため、一貫性のあるNLO-MCベースの手法を導入すること。
• 特に非対称な位相空間において、ハード散乱過程における縦運動量分率 $x$ に与えるパートンシャワーの影響を調査すること。
• 特に前方領域において、 $p_T$ およびラピディティにわたる $K^{PS}$ 補正の数値的有意性を評価すること。
• これらの補正が、理論とLHCジェットデータの高精度な比較、特にPDFフィットに与える影響を評価すること。

提案手法

• 非摂動的効果を発はく化および多重パートオン相互作用から分離するため、$K^{NP} = N_{\text{NLO-MC}}^{(\text{ps+mpi+had})} / N_{\text{NLO-MC}}^{(\text{ps})}$ を定義する。
• パートンシャワーの効果のみを分離するため、$K^{PS} = N_{\text{NLO-MC}}^{(\text{ps})} / N_{\text{NLO-MC}}^{(0)}$ を定義する。NLO-MCシミュレーションをシャワーリングあり・なしで実施することで、$K^{PS}$ と $K^{NP}$ の一貫性ある比較を可能にする。
• POWHEGフレームワークを用いて、シャワーリングあり・なしのNLO-MCイベントを生成し、$K^{PS}$ と $K^{NP}$ の比較を一貫して行う。
• 反-$k_t$ ジェットアルゴリズム（$R=0.5$ および $R=0.7$）を用いて、異なるラピディティ領域におけるジェット横運動量分布を抽出する。
• シャワー生成の前後における縦運動量分率 $x$ の分布を分析し、エネルギー運動量保存則に起因する運動量のずれを定量化する。
• PythiaとHerwigのシャワー実装の結果を比較することで、シャワーの詳細に依存する感度を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パートンシャワー生成に起因する $K^{PS}$ 補正は、NLOマッチドイベントジェネレータにおけるジェット横運動量分布の形状にどのように影響を与えるか？
• RQ2 特に前方領域において、$K^{PS}$ 補正は $p_T$ やラピディティにどの程度依存するか？
• RQ3 共線シャワー生成およびエネルギー運動量保存則に起因する、パートオンレベルの $x$ 分布における縦運動量のずれの起源と大きさは何か？
• RQ4 $K^{PS}$ と $K^{NP}$ 補正は、従来のLO-MCベースのNP補正とは、$p_T$ やラピディティ依存性においてどのように異なるか？
• RQ5 $K^{PS}$ 補正は単純なスケーリング要因として扱えるか、それとも非自明で運動量的に複雑な性質を有するか？

主な発見

• $K^{PS}$ 補正係数は $p_T$ およびラピディティに依存し、特に $y \approx 1.5$ を超える領域で顕著な効果を示す。この領域では縦運動量のずれが無視できない大きさにまで及ぶ。
• 中央ラピディティ領域ではシャワー生成に起因するパートオンの縦運動量分率 $x$ の運動量のずれは無視できるが、前方ラピディティ領域では著しく増大し、イベントごとにハード散乱の運動量構成が変化する。
• 前方領域における $K^{PS}$ 補正は、初期状態および終状態シャワー両方の寄与により最大値を示す。低 $p_T$ では初期状態シャワーが支配的であり、高 $p_T$ では終状態シャワーが支配的である。
• 初期状態および終状態放射の非自明で加法的でない相互作用のため、$K^{PS}$ 補正は単純なスケーリング要因として扱うことはできない。
• NLO-MCにおける $K^{NP}$ 要因はLO-MCとは異なり、NLOにおけるパートオン運動量分率の定義や $k_T$ 截断スケールの違いに起因する。
• これらの補正はジェット分布の形状に顕著な影響を与え、包括的ジェットおよびベクトルボソンデータを用いた部分子分布関数のグローバルフィットに影響を及ぼす可能性がある。