[論文レビュー] Powheg-Pythia matching scheme effects in NLO simulation of dijet events

A. G. Buckley, Debottam Bakshi Gupta|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 40被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、Powheg-Box NLO行列要素とPythia 8パートンシャワーの間の設定可能なマッチングスキームが、ダイジェットイベントシミュレーションに与える影響を調査する。発行遮断スケールと強い結合定数の値の選択が、特に最終状態シャワー効果において観測量に顕著な影響を与えることが示され、これらの変更を固定順数スケール変動を超える系統的不確実性の推定に用いる手法として提案する。

ABSTRACT

One of the most important developments in Monte Carlo simulation of collider events for the LHC has been the arrival of schemes and codes for matching of parton showers to matrix elements calculated at next-to-leading order in the QCD coupling. The POWHEG scheme, and particularly its implementation in the POWHEG-BOX code, has attracted most attention due to ease of use and effective portability between parton shower algorithms. But formal accuracy to NLO does not guarantee predictivity, and the beyond-fixed-order corrections associated with the shower may be large. Further, there are open questions over which is the "best" variant of the POWHEG matching procedure to use, and how to evaluate systematic uncertainties due to the degrees of freedom in the scheme. In this paper we empirically explore the scheme variations allowed in Pythia8 matching to POWHEG-BOX dijet events, demonstrating the effects of both discrete and continuous freedoms in emission vetoing details for both tuning to data and for estimation of systematic uncertainties from the matching and parton shower aspects of the POWHEG-BOX+Pythia8 generator combination.

研究の動機と目的

• Powheg-BoxとPythia 8の間の設定可能なマッチングパラメータがNLOダイジェットイベントシミュレーションに与える影響を評価すること。
• マッチングスキームにおける離散的および連続的な自由度が、系統的不確実性の推定に用いられる可能性があるかどうかを評価すること。
• デフォルトのPythia 8 'main31'設定が最適であるか、それとも代替設定が実験データをよりよく記述するかを特定すること。
• Powhegマッチング下での初期状態と最終状態シャワーの両方が、ジェット観測量に与える相対的影響を調査すること。

提案手法

• Pythia 8のパートンシャワーに設定可能な発行遮断スケールを備えた、Powheg–Pythia 8マッチングスキームの複数の設定を実験的に探索する。
• 遮断の「硬さ」スケールを定義する3つの離散的オプション（pTdef, pTemt, pThard）をテストし、特にpTemtが顕著な観測量効果を示すため、これを重点的に検討する。
• 初期状態および最終状態シャワーにおける強い結合定数αS(MZ)を独立して変化させ、観測量への感度を評価する。
• Rivet分析フレームワークを用いて、ATLASおよびCMSの7 TeVダイジェットデータとシミュレーション結果を比較し、データ記述の精度と不確実性カバレッジを評価する。
• 個々のマッチングパラメータの影響を分離するための「分割統治」戦略を用いる。
• 運動量観測量（例：ジェットpT、質量）およびソフト-QCD効果（例：横方向エネルギー流れ）を分析し、異なる物理的状況における感度を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのPowheg–Pythia 8マッチングスキーム設定が、多様な観測量においてダイジェットデータを最もよく記述するか？
• RQ2 発行遮断スケール定義の変更（例：pTemt）が、ジェット運動量および多重度のシミュレーションにどの程度の影響を与えるか？
• RQ3 初期状態および最終状態シャワーで用いるαS(MZ)の変更が、NLOマッチドシミュレーションにおける系統的不確実性の推定に用いられるか？
• RQ4 なぜPowhegマッチング下では初期状態シャワーがISRを担当しているにもかかわらず、最終状態シャワーが観測量効果を支配するのか？
• RQ5 デフォルトのPythia 8 'main31'マッチング設定は一意に最適であるのか、それとも代替設定が不確実性推定に有効であるのか？

主な発見

• デフォルトのPythia 8 'main31'マッチング設定は妥当ではあるが、一意に最適ではない。特定の観測量においては代替設定がデータをよりよく記述できる。
• pTemtスケール定義の変更がジェット多重度および運動量観測量に顕著な影響を与えることが示され、系統的不確実性推定のための有効な調整パラメータであると考えられる。
• 最終状態シャワーが、初期状態シャワーとは異なり、ジェットpTおよびマルチジェット質量に支配的影響を与えるのは、Powheg遮断がISR発行に対してきわめて厳しい位相空間抑制を課すためである。
• 最終状態シャワーにおけるαS(MZ)を0.13から0.14に変更すると、3/2ジェット比およびマルチジェット質量スペクトルのデータとの整合性が向上するが、0.13の低い値はイントラジェット観測量をよりよく記述する。
• 初期状態シャワーはジェットpTおよび質量観測量にほとんど影響しないが、横方向エネルギー流れのようなソフト-QCD支配の観測量には影響を与え、ISRおよびFSRの両方に感受性を示す。
• マッチングスキーム自体の系統的不確実性、特にスケール定義およびαS値の変動による不確実性は、固定順数スケール不確実性と同等またはそれ以上であり、理論誤差推定に組み込むべきである。