[论文解读] Forward jets physics in ATLAS, CMS and LHCb

D. d’Enterria|ArXiv.org|Nov 6, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用 11

一句话总结

本文综述了LHC上ATLAS、CMS和LHCb在前向喷注重建方面的能力，强调其在探测小-x部分子分布函数和检验非-DGLAP QCD动力学中的作用。研究通过模拟表明，前向喷注测量——尤其是Mueller-Navelet双喷注关联——可约束低-x胶子密度并揭示BFKL类重求和效应，预计在1 pb⁻¹的积分亮度下，Δη > 6的事件产量可达数千起。

ABSTRACT

The capabilities of the ATLAS, CMS and LHCb detectors to reconstruct jets at forward rapidities (|η|> 3) in p-p collisions at the CERN Large Hadron Collider are reviewed. The QCD and Higgs physics motivations for such measurements are summarised. Details are given on studies that provide information on the parton structure and evolution at small values of fractional momenta in the proton.

研究动机与目标

• 评估ATLAS、CMS和LHCb在|η| > 3区域的前向喷注重建性能。
• 评估前向喷注测量在约束小动量分数（x < 10⁻²）下部分子分布函数（PDFs）方面的潜力。
• 研究前向双喷注方位角去相关性对非-DGLAP QCD演化（如BFKL、CCFM或饱和动力学）的敏感性。
• 量化在14 TeV下，考虑真实探测器和触发条件时，CMS和ATLAS中Mueller-Navelet双喷注事件的预期事例产量。
• 探索前向喷注在Higgs玻色子标记中的物理潜力，特别是矢量玻色子融合和H→b̄b衰变道。

提出的方法

• 在ATLAS（FCal）、CMS（HF和CASTOR）和LHCb（增强顶点识别的b-夸克喷注重建）中，使用基于电磁量能器的算法（锥形法、顺序聚类法）在前向区域（3 < |η| < 5）进行喷注重建。
• 应用Mueller-Navelet喷注选择标准：pT > 35 GeV/c，|pT,1 - pT,2| < 5 GeV/c，|η| > 3，且η1·η2 < 0，以隔离大-Δη双喷注事件。
• 使用fastNLO和蒙特卡罗生成器（pythia、herwig）模拟喷注谱和方位角去相关性（⟨cos(π−Δφ)⟩）随Δη的变化。
• 计算双喷注截面为d²σ/dη dQ = Njets / (Δη ΔQ ∫L dt)，对应1 pb⁻¹的积分亮度。
• 将模拟得到的⟨cos(π−Δφ)⟩与解析BFKL预测进行比较，以识别高-Δη双喷注中增强辐射的信号。
• 利用探测器模拟和重建算法，量化前向喷注的能量和动量分辨率、效率及纯度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在√s = 14 TeV的p-p碰撞中，ATLAS、CMS和LHCb在前向快度区（|η| > 3）的喷注重建性能如何？
• RQ2 在x < 10⁻²的区域，前向喷注测量在多大程度上可约束胶子密度xG(x,Q²)，尤其是在深层非弹性散射数据有限的情况下？
• RQ3 在高-Δη的Mueller-Navelet双喷注事件中，方位角去相关性能否揭示超出DGLAP演化之外的BFKL或饱和型QCD动力学的信号？
• RQ4 在1 pb⁻¹的积分亮度下，Δη > 6且pT > 35 GeV/c的前向双喷注事件的预期产量是多少？
• RQ5 在蒙特卡罗模拟中，部分子辐射和强子化效应如何影响观测到的⟨cos(π−Δφ)⟩，与解析BFKL预测相比有何差异？

主要发现

• CMS HF量能器的前向喷注能量分辨率在20 GeV/c时约为20%，在100 GeV/c时改善至约10%，且角度分辨率良好（ση,ϕ ≈ 0.045，20 GeV/c时）。
• ATLAS FCal在35 GeV/c以上喷注的效率约为95%，虚假率低于4%，且具有良好的pT和角度分辨率。
• 在1 pb⁻¹的亮度下，CMS预计可获得数千个Δη > 6的Mueller-Navelet双喷注事件，以及数百个Δη > 9的事件，足以支持详细的角分布分析。
• pythia和herwig模拟中，高Δη下的平均⟨cos(π−Δφ)⟩分别增至约0.85和0.75，这是由于部分子辐射和强子化效应所致，但仍低于BFKL预测（黄色区域）。
• CMS的双喷注截面谱在喷注能量标度（JES）方面存在5–10%的不确定性，且MRST03与CTEQ6.1M PDF之间的差异在前向pT谱中可见。
• 本研究证明，前向喷注测量可为低-x PDF提供直接约束，并通过高-Δη双喷注中的方位角去相关性探测非-DGLAP动力学，尤其是BFKL类效应。