[论文解读] Parton showering effects in central heavy-boson hadroproduction

Michal Deák, A. Grebenyuk+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 28, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 17被引用 7

一句话总结

本文研究了大型强子对撞机（LHC）中胶子-胶子产生中心标量玻色子过程时，大角度多胶子辐射对部分子簇射的影响，采用横动量有序（k⟂）簇射方法与非积分部分子密度。结果表明，k⟂-簇射模拟显著增强了最小喷胶（minijet）和带电粒子的多重性，尤其是在横向和远离区域，其表现优于共线簇射，并与多部分子相互作用的预测结果相当或更优，凸显了在LHC物理研究中采用先进簇射方法的必要性。

ABSTRACT

If large-angle multigluon radiation contributes significantly to parton showers associated with heavy boson production at the LHC, appropriate parton branching methods are required for realistic Monte Carlo simulations of final states. We report on a study illustrating such effects in the case of central scalar-boson production. We comment on the possible impact of such studies on the modeling of multi-parton interactions.

研究动机与目标

• 评估大型强子对撞机（LHC）中，中心标量玻色子产生过程中，大角度多胶子辐射对部分子簇射的影响。
• 评估横动量有序部分子簇射（k⟂-簇射）在描述末态喷胶结构方面，是否优于共线有序簇射。
• 比较k⟂-簇射与多部分子相互作用在重现喷胶多重性分布方面的效果。
• 考察非积分部分子密度与有限-k⟂修正对底层事件和最小喷胶活动建模的影响。

提出的方法

• 使用Cascade蒙特卡罗生成器在k⟂-簇射和共线（DGLAP）模式下，模拟gg → h⁰过程的部分子簇射。
• 应用横动量依赖的分裂函数与非积分胶子密度，以建模部分子分支的非共线性及高能修正。
• 在不同喷胶横动量截断条件下，比较k⟂-簇射与Pythia（含多部分子相互作用）及共线簇射的预测结果。
• 通过分析中心快度区域的二喷胶方位角关联与带电粒子多重性（pₜ > 150 MeV），探测簇射动力学。
• 引入矩阵元修正与非积分PDF，以考虑超越Leading-Order共线近似的有限-k⟂效应。
• 通过ep与p̄p碰撞的实验喷胶-喷胶关联数据验证结果，以约束簇射建模。

实验结果

研究问题

• RQ1 在LHC的中心Higgs玻色子产生过程中，大角度多胶子辐射在多大程度上改变了部分子簇射的结构？
• RQ2 k⟂-有序部分子簇射与共线-ordered簇射相比，在重现喷胶多重性与方位角关联方面表现如何？
• RQ3 k⟂-簇射能否重现或超过包含多部分子相互作用的Pythia所观测到的喷胶活动？
• RQ4 非积分部分子密度与有限-k⟂修正对最小喷胶与带电粒子多重性的相对贡献是什么？
• RQ5 这些簇射效应如何影响高多重态末态中底层事件与软辐射的建模？

主要发现

• k⟂-簇射生成器Cascade在k⟂模式下预测的最小喷胶多重性显著高于共线簇射，尤其在φ平面的横向与远离区域。
• 当Eₜ > 15 GeV时，Cascade在k⟂模式下的活动度高于不含多部分子相互作用的Pythia，且在远离区域与含多部分子相互作用的Pythia相当或更优。
• 将Eₜ截断降低至5 GeV后，Cascade仍预测高于不含多部分子相互作用的Pythia的活动度，但低于含此类效应的Pythia，表明簇射中开始出现微扰性硬辐射。
• 带电粒子多重性（pₜ > 150 MeV）在Cascade中采用完整非积分PDF演化时，显著高于不含多部分子相互作用的Pythia，表明即使在软贡献中，簇射效应也至关重要。
• k⟂-簇射对二喷胶方位角关联的描述与实验数据吻合良好，尤其在背对背（Δϕ ≈ 180°）与小分离角（Δϕ ≈ 30°）区域，而共线簇射则表现不佳。
• 本研究表明，非积分PDF与有限-k⟂修正对于高能强子产生中最小喷胶活动与底层事件结构的真实建模至关重要。