[论文解读] Forward-Central Jet Correlations at the Large Hadron Collider

Michal Deák, F. Hautmann+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 29, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 41被引用 51

一句话总结

本文提出了一套包含快速度和横动量中对数修正的QCD高能因子化框架，用于建模大型强子对撞机（LHC）上的前向-中央喷注关联。通过蒙特卡洛模拟，结果表明多重部分子相互作用显著改变了喷注角关联和能量谱，与单链部分子喷注相比，为通过向量玻色子融合过程寻找希格斯玻色子时探测QCD辐射效应提供了敏感探针。

ABSTRACT

For high-pT forward processes at the Large Hadron Collider (LHC), QCD logarithmic corrections in the hard transverse momentum and in the large rapidity interval may both be quantitatively significant. The theoretical framework to resum consistently both kinds of logarithmic corrections to higher orders in perturbation theory is based on QCD high-energy factorization. We present numerical Monte Carlo applications of this method to final-state observables associated with production of one forward and one central jet. By computing jet correlations in rapidity and azimuth, we analyze the role of corrections to the parton-showering chain from large-angle gluon radiation, and discuss this in relationship with Monte Carlo results modeling interactions due to multiple parton chains.

研究动机与目标

• 开发一个理论框架，一致地重求和前向喷注产生过程中大快速度和大横动量对数修正。
• 研究多重部分子相互作用如何影响喷注在快速度和方位角方向的关联，特别是与单部分子散射模型相比。
• 通过识别前向喷注末态中多重部分子链的独特动量构型，为蒙特卡洛事件生成器提供基准。
• 评估这些修正对通过向量玻色子融合过程寻找希格斯玻色子时背景估计的影响。
• 探讨能量和粒子流可观测量在区分单链与多链部分子相互作用机制中的相关性。

提出的方法

• 采用基于物理 amplitude 中高能极点定义的非微扰部分子分布函数（uPDFs）的QCD高能因子化方法。
• 使用重求和的微扰QCD修正以处理快速度和横动量中的大对数，其来源于BFKL和共线重求和框架。
• 在反向演化中对胶子和夸克初态的链实施横动量依赖的部分子喷注，扩展至超越Leading-Order近似。
• 执行数值蒙特卡洛模拟，以计算横动量和伪快度谱，以及前向喷注与中央喷注之间的方位角和快速度关联。
• 将包含重求和修正的单部分子散射结果与多重部分子相互作用模型（如[18, 20]）的结果进行比较，以分离出独特的动量构型特征。
• 分析$\Delta\phi$（方位角分离）和$\Delta R$（快速度-方位角分离）分布的形状，以识别多重部分子链的信号。

实验结果

研究问题

• RQ1 高能和共线对数修正如何影响LHC上前向-中央喷注对的角分布和动量分布？
• RQ2 与单部分子散射相比，多重部分子相互作用在多大程度上改变了前向喷注与中央喷注在快速度和方位角方向的关联？
• RQ3 单链与多链部分子喷注模型之间喷注关联形状的差异是否可在实验中用于区分QCD辐射机制？
• RQ4 横动量依赖的部分子分布在此类大快速度分离的前向喷注产生中起何种作用？
• RQ5 单部分子与多重部分子相互作用情景下，喷注间能量与粒子流模式有何不同，能否作为区分判据？

主要发现

• 包含高能和横动量对数修正显著软化了$E_T$谱，并改变了$\Delta\phi$分布的形状。
• 尽管平均方位角分离余弦保持相对稳定，但$\Delta\phi$分布的详细形状强烈受有限-$k_T$修正影响。
• 多重部分子相互作用使胶子辐射偏向更大的纵向动量分数$x$，与单链喷注相比改变了喷注产生的动量结构。
• 在$\Delta R$分布和方位角关联中，单链与多链机制之间观察到显著差异，表明具有实验区分潜力。
• 分析表明，对喷注间区域的粒子流和能量流测量，可能比仅依靠角关联提供更强的区分能力。
• 结果为通过向量玻色子融合过程寻找希格斯玻色子时估算QCD辐射背景提供了定量框架，尤其在大快速度分离区域。