[论文解读] Underlying Event Studies at RHIC

H. Caines|ArXiv.org|Oct 27, 2009

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 4被引用 5

一句话总结

本研究利用STAR探测器，在RHIC的√s = 200 GeV质子-质子碰撞中，采用多种喷注重建算法（kT、反-kT、SISCone），对底层事件进行了初步测量，并将结果与基于Tevatron数据调校的PYTHIA 6.410进行比较。关键发现为，使用ε = 0.25（多重部分子相互作用具有更高的能量依赖性）的PYTHIA更能描述实验数据，表明使用ε = 0.16的LHC预测可能高估了底层事件活动。

ABSTRACT

By studying p-p collisions we hope to improve our understanding of the fundamental constituents of matter and how they form into colorless objects. Measurements of the inclusive jet cross-sections and fragmentation properties have confirmed that QCD based calculations give a good description of the hard scattering processes. However, as our analysis of jets has improved it has become clear that there is significant contribution to these measurements from processes other than those directly related to the initial hard scattering - the so-called underlying event. Several processes contribute to the underlying event, namely the beam-beam remnants, initial and final state radiation and multiple parton interactions. The structure of the jet and the underlying event are strikingly different in both their particle compositions and momentum distributions. Only by understanding both components can one fully describe a p-p collision. I will discuss preliminary results from studies of the underlying event in p-p collisions at sqrt(s) = 200 GeV at RHIC, and compare to PYTHIA predictions, as well as earlier results from the Tevatron at 1.8-1.96 TeV.

研究动机与目标

• 测量√s = 200 GeV质子-质子碰撞中的底层事件结构，为RHIC重离子碰撞研究建立基线。
• 检验在1.8–1.96 TeV能量下调校的PYTHIA蒙特卡罗预测在较低能量质子-质子碰撞中的有效性。
• 通过与新的RHIC数据对比，确定PYTHIA中多重部分子相互作用能量标度参数ε的正确取值。
• 评估初始态和末态辐射以及束团-束团残留物在RHIC能量下对底层事件形状的影响。
• 为基本碰撞中的喷注碎片化和底层事件组成提供粒子层次的基线，这对夸克-胶子等离子体研究至关重要。

提出的方法

• 利用STAR时间投影室（TPC）重建带电粒子，利用中等电磁量能器（BEMC）测量中性能量。
• 采用'喷注区域'触发，要求在1×1 Δη×Δφ区域内ET > 8 GeV，以选择高横动量喷注对事件。
• 使用三种红外和共线安全的喷注算法——kT、反-kT和SISCone——对R = 0.7的喷注进行重建。
• 在领先喷注横向区域量化底层事件：TransMin和TransMax，通过带电粒子密度和平均pT测量活动度。
• 使用PYTHIA 6.410，采用Tune A，基于CDF 1.8–1.96 TeV数据进行标定，将能量标度参数ε在0.16至0.25之间变化，以测试其对底层事件预测的影响。
• 在'领先'和'背对背'事件集合中分析数据，通过粒子密度比值评估初始/末态辐射效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 在RHIC能量下，底层事件中的带电粒子密度如何随领先喷注的横动量变化？
• RQ2 与ε = 0.16相比，使用ε = 0.25的PYTHIA预测在多大程度上更准确地描述了RHIC中的底层事件？
• RQ3 在√s = 200 GeV下，硬散射过程是否存在显著的大角度初始或末态辐射？
• RQ4 在RHIC中，'领先'和'背对背'事件集合中，底层事件的粒子密度和平均pT有何差异？
• RQ5 多重部分子相互作用能量标度参数ε对LHC能量下底层事件活动度预测有何影响？

主要发现

• 底层事件的粒子密度和平均pT在很大程度上与领先喷注的pT无关，表明其与硬散射尺度解耦。
• 使用ε = 0.25的PYTHIA在横向区域略微低估粒子多重数和平均pT，但在喷注区域内高估活动度，相比ε = 0.16，与数据的符合度有所改善。
• TransMin与TransMax粒子密度的比值与泊松采样涨落一致（比值≈1），表明在RHIC能量下，硬散射过程的显著大角度辐射可忽略。
• 数据支持更高的多重部分子相互作用能量依赖性（ε = 0.25），而非先前使用的ε = 0.16，这意味着使用ε = 0.16的LHC预测可能高估了底层事件活动。
• 底层事件中粒子的pT谱明显比喷注中的更软，证实了其动力学和组成结构的显著差异。
• 三种喷注算法（kT、反-kT、SISCone）结果一致，验证了不同重建方法下底层事件测量的稳健性。