[论文解读] Forward jets in hadron-hadron collisions

F. Hautmann|arXiv (Cornell University)|Jan 13, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 33被引用 7

一句话总结

本文为LHC上质子-质子碰撞中前向喷胶的产生构建了一个高能因子化框架，结合了快速度和横向动量中大对数修正的重求和。结果表明，非共线性、有限角度的胶子辐射显著影响前向-中央喷胶关联，其在方位角和角度分布中具有可区分的特征，可与多部分子相互作用效应明确区分，尤其是在高横向动量区域。

ABSTRACT

This talk discusses basic aspects of forward production of jets in pp collisions at high energy, including i) issues on QCD factorization for hard processes at large rapidities, and ii) the role of forward jet measurements at the LHC to investigate contributions to parton showers from large-angle gluon radiation and from multiple parton interactions.

研究动机与目标

• 建立一个一致的理论框架，用于高能pp碰撞中前向喷胶的产生，解决多重能量尺度和非对称部分子动量构型的问题。
• 研究大角度胶子辐射和多部分子相互作用在塑造前向喷胶末态中的作用。
• 利用前向-中央喷胶关联，分离高阶QCD修正和多部分子相互作用的贡献。
• 评估小-x区域中非积分部分子分布函数（uPDFs）和BFKL型重求和的影响。
• 为蒙特卡罗事件生成器的QCD调参和通过向量玻色子融合寻找Higgs玻色子提供现象学输入。

提出的方法

• 在固定横向动量下采用高能因子化，一致地重求和BFKL型快速度对数和共线型横向动量对数。
• 采用通过物理振幅中的高能极点定义的非积分部分子分布函数（uPDFs），实现对小-x胶子的规范不变处理。
• 应用kT因子化截面公式：$ d\tilde{\rho}/dQ_t^2 d\theta = \nabla \big( \tilde{\rho}_{a/A} \bigotimes \tilde{\rho}_{g^*/B} \bigotimes \tilde{\rho}_{\text{hard}} \big) $，在纵向和横向动量上进行卷积。
• 将事件生成器（Cascade、Pythia）在有无多部分子相互作用下的预测进行比较，以隔离非共线性喷射效应。
• 分析前向喷胶与中央喷胶之间的方位角（$\Delta\phi$）和角度（$\Delta R$）关联，以探测喷胶结构和辐射模式。
• 使用蒙特卡罗模拟建模非共线性修正，并检验其与多部分子相互作用效应的可区分性。

实验结果

研究问题

• RQ1 与共线近似相比，部分子喷射中非共线性、有限角度的胶子辐射在多大程度上影响前向喷胶可观测量？
• RQ2 如何利用前向-中央喷胶关联来分离高阶QCD修正和多部分子相互作用的贡献？
• RQ3 BFKL型重求和和uPDF演化对高快速度区域前向喷胶产生的定量影响是什么？
• RQ4 喷胶相对于矩阵元中部分子的$\Delta R$分布能否区分硬辐射与喷射效应？
• RQ5 这些效应如何影响通过向量玻色子融合寻找Higgs玻色子时的背景估计？

主要发现

• 非共线性修正显著增强了$\Delta R = \sqrt{\Delta\phi^2 + \Delta\eta^2}$分布中大-$\Delta R$区域的贡献，尤其在高横向能量区域。
• 在$E_T > 30$ GeV时，Cascade（非共线性喷射）中前向喷胶与中央喷胶的方位角分离（$\Delta\phi$）比Pythia（含多部分子相互作用）更大，表明存在超越多部分子效应的独立信号。
• 在$E_T > 10$ GeV时，当$\Delta\eta > 4$，Cascade与Pythia（含多部分子相互作用）之间的差异显著，非共线性模型预测更强的去关联。
• 多部分子相互作用的影响在高$E_T$时减弱，而非共线性修正仍占主导，表明其在硬喷胶构型中的独特作用。
• 前向-中央喷胶关联为测试初始态辐射模型和调参蒙特卡罗事件生成器提供了一个清晰的探针，超越了中央喷胶体系。
• 结果支持利用前向喷胶测量约束小-x、高密度区域的QCD动力学，并改进宇宙射线空气簇射的建模。