[논문 리뷰] Rapidity gaps and the PHOJET Monte Carlo

Fritz Bopp, R. Engel외 1명|ArXiv.org|1998. 03. 24.

Simulation Techniques and Applications인용 수 23

한 줄 요약

이 논문은 $p$–$p$ 충돌에서 $\sqrt{s} = 1800$ GeV 조건에서 큰 빠르기 간격 사건을 기술하기 위해 소프트 컬러 재결합(Soft Color Reconnection, SCR)과 펌톤 플럭스 인자화를 포함한 몬테카를로 모델을 PHOJET에 구현한다. 이 모델은 TEVATRON 데이터의 주요 특징을 성공적으로 재현하며, $R_{\rm JgJ}$ 비율의 $E_\perp^{\rm jet}$ 의 평탄한 의존성과 빠르기 간격 빈도의 에너지 의존성과 일치한다. 이는 딱딱한 분열에서 색-싱เก트론 교환을 위한 SCR 메커니즘의 타당성을 시사한다.

ABSTRACT

A model for the production of large rapidity gaps being implemented in the Monte Carlo event generator PHOJET is discussed. In this model, high-mass diffraction dissociation exhibits properties similar to hadron production in non-diffractive hadronic collisions at high energies. Hard diffraction is described using leading-order QCD matrix elements together with a parton distribution function for the pomeron and pomeron-flux factorization. Since this factorization is imposed on Born graph level only, unitarity corrections lead to a non-factorizing flux function. Rapidity gaps between jets are obtained by soft color reconnection. It was previously shown that this model is able to describe data on diffractive hadron production from the CERN-SPS collider and from the HERA lepton-proton collider. In this work we focus on the model predictions for rapidity gap events in p-p collisions at \sqrt{s} = 1800 GeV and compare to TEVATRON data.

연구 동기 및 목표

• PHOJET에서 $p$–$p$ 충돌에서 연성 및 딱딱한 분열 과정을 동시에 모델링할 수 있는 통합 몬테카를로 프레임워크를 개발하는 것.
• TEVATRON에서 관측된 큰 빠르기 간격 사건을 설명하는 데 소프트 컬러 재결합(Soft Color Reconnection, SCR)이 타당한 메커니즘인지 조사하는 것.
• 주어진 1차 QCD 매트릭스 요소와 파arton 분포 함수를 사용하여 펌톤 기반 프레임워크 내에서 딱딱한 분열의 일관성을 시험하는 것.
• 비분열 $p$–$p$ 충돌과 유사하게 다중 연성 및 딱딱한 상호작용이 분열 과정에서 수행하는 역할을 평가하는 것.
• 모델 예측을 CDF 및 D0 데이터의 제트 쌍 상관관계와 빠르기 간격 빈도, 특히 $R_{\rm JgJ}$ 와 비교하는 것.

제안 방법

• PHOJET 이벤트 생성기는 재정규화된 펌톤 절댓값 $\alpha_{\tilde{I\!P}} = 1.08$ 를 사용하여 개선된 펌톤 그래프(삼중, 루프, 이중 펌톤)를 포함한 이중 파arton 모델을 구현한다.
• 딱딱한 상호작용은 횡방향 운동량 절단값 $p_\perp^{\rm cutoff} \approx 3$ GeV/$c$ 를 사용하여 연성 및 딱딱한 과정을 분리하는 1차 QCD 매트릭스 요소로 모델링된다.
• 펌톤 플럭스는 보른 수준에서 인자화되지만, 유니타리 보정으로 인해 비인자화 플럭스 함수가 되며, 에너지 의존성 정규화를 반영한다.
• 소프트 컬러 재결합(Soft Color Reconnection, SCR)은 제트에 적용되어 $\gamma$–$p$ 및 $p$–$p$ 충돌에서의 색-싱เก트론 교환을 모방하는 큰 빠르기 간격을 생성한다.
• 모델은 프로젝틸-타겟 및 펌톤-펌톤 시스템에서 다중 파톤 상호작용을 포함하며, 이는 분열 $I\!P$–$p$, $I\!P$–$\gamma$, $I\!P$–$I\!P$ 산란을 포함하는 프레임워크로 확장된다.
• 몬테카를로 시뮬레이션은 $\sqrt{s} = 1800$ GeV 조건에서 수행되었으며, CDF 및 D0 데이터의 $\phi^{{\rm jet}1}-\phi^{{\rm jet}2}$, $E_\perp^{\rm jet}$, $R_{\rm JgJ}$ 와 비교되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 TEVATRON에서의 $p$–$p$ 충돌에서 큰 빠르기 간격을 생성하는 데 소프트 컬러 재결합(Soft Color Reconnection, SCR)이 타당한 메커니즘인가?
• RQ2 펌톤 구조 함수와 1차 QCD 매트릭스 요소를 사용하여 딱딱한 분열을 일관되게 기술할 수 있는가?
• RQ3 비분열 충돌과 유사하게, 다중 연성 및 딱딱한 상호작용이 분열 $p$–$p$ 과정에서 수행하는 역할은 무엇인가?
• RQ4 모델은 펌톤에 초하드 성분을 예측하는가? 그리고 제트 횡방향 운동량 분포를 통해 이를 탐지할 수 있는가?
• RQ5 왜 $p$–$p$ 충돌에서 관측된 $R_{\rm JgJ}$ 비율은 단순한 SCR 모델에 의해 예측된 것보다 작게 나타나는가?

주요 결과

• SCR를 포함한 PHOJET 모델은 JgJ 사건에서 $\phi^{{\rm jet}1}-\phi^{{\rm jet}2}$ 각도 상관관계를 잘 재현하며, CDF 데이터와 양호한 일치를 보인다.
• $E_\perp^{\rm jet}$ 분포에서 JgJ 사건과 JJ 사건은 몬테카를로 통계 범위 내에서 구분되지 않으며, 제트 에너지 스펙트럼에 유의미한 차이가 없음을 시사한다.
• 모델은 $R_{\rm JgJ}$ 비율이 $E_\perp^{\rm jet}$ 에 대해 평탄한 의존성을 예측하며, 초기 D0 데이터 및 최근 CDF 결과와 일치한다.
• $\sqrt{s} = 630$ GeV에서의 $R_{\rm JgJ}$ 비율은 $\sqrt{s} = 1.8$ 테바르에서의 값보다 2.6배 더 크다고 예측되며, D0 데이터와 일치한다.
• JgJ 사건에서는 q–q 산란가 지배적이지만, g–q 및 g–g 기여도는 무시할 수 없으며, 간격이 없는 q–q 사건에서 SCR 기여도는 1% 미만으로 나타나, 간격 생존 확률이 제한적임을 시사한다.
• 모델은 JgJ 사건에서 평균적으로 더 적은 수의 제트(1개 또는 2개의 쌍)를 포함하며, 이는 기저 사건 활동이 감소한 것과 일치한다.