[论文解读] Introduction to Forward Physics and Cosmic Rays at ISMD 2010

M. Grothe, F. Hautmann+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 39被引用 6

一句话总结

本文介紹了大型强子对撞机（LHC）上的前向物理，重点研究前向快速度区域的高pT粒子产生及其对宇宙射线物理的启示。论文提出了理论框架——如BFKL重求和与高能因子化——以描述多尺度QCD过程，并表明前向喷注相关性及部分子辐射效应（包括有限角度辐射和多重部分子相互作用）显著影响喷注去相关性与事件生成器的调校。关键结果表明，在不同能量和快速度条件下，Cascade与Pythia等模型之间的方位角去相关性存在显著差异。

ABSTRACT

We give a brief introduction to the topics discussed at the ISMD 2010 Symposium (Antwerp, 2010) on forward physics at the LHC and its interplay with cosmic rays physics.

研究动机与目标

• 解决在LHC前向区域描述高pT粒子产生的理论与实验挑战。
• 研究前向硬过程中的多重能量尺度作用，特别是BFKL型与共线对数修正之间的相互作用。
• 评估有限角度胶子辐射与多重部分子相互作用对喷注去相关性及事件生成器调校的影响。
• 通过LHC数据作为高能固定靶碰撞的代理，建立LHC前向物理测量与宇宙射线空气簇射建模之间的联系。
• 提供一种通过前向-中央喷注相关性测量改进蒙特卡罗事件生成器的框架。

提出的方法

• 采用高能因子化方法，同时对快速度（x）和横向动量（kT）中的对数项进行重求和，以描述多尺度QCD过程。
• 应用微扰QCD重求和技术，包括BFKL和下一领先对数修正，以模拟大快速度区域的前向喷注产生。
• 比较包含与不包含多重部分子相互作用（MPI）效应的部部分子喷注生成器（Cascade、Pythia）的预测，以评估其对方位角去相关性的影响。
• 采用Siscone喷注算法（R = 0.4）重建前向与中央喷注，并分析其角度相关性。
• 分析喷注间区域与喷注外区域的粒子流与能量流，以区分单链与多链辐射机制。
• 研究穆勒-纳韦莱喷注产生及向量玻色子融合通道中的希格斯玻色子背景，以探测大快速度区间内的辐射效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 有限角度胶子辐射与多重部分子相互作用如何影响前向与中央喷注的方位角去相关性？
• RQ2 当前蒙特卡罗事件生成器在多大程度上准确模拟了前向喷注产生？如何利用LHC数据对其进行调校？
• RQ3 通过能量流可观测量，单链与多链部分子喷注机制在前向喷注产生中的相对贡献如何？
• RQ4 BFKL型与共线对数修正在高能前向物理中如何相互作用？对理论预测有何影响？
• RQ5 前向-后向喷注相关性是否有助于在向量玻色子融合过程的希格斯玻色子搜集中，区分QCD辐射效应与多重部分子相互作用？

主要发现

• 包含有限角度辐射的单链喷注模型Cascade预测的前向-中央喷注对的方位角去相关性大于Pythia，尤其在高横向能量（ET > 30 GeV）时更为显著。
• 在低ET（ET > 10 GeV）时，Pythia中多重部分子相互作用的影响显著，但在更高ET时，Cascade中的有限角度效应占主导地位。
• 即使平均Δφ保持相对稳定，前向与中央喷注之间Δφ分布的形状仍强烈受有限角度修正影响。
• 对前向-中央喷注相关性的测量为调校蒙特卡罗事件生成器提供了强大工具，尤其在建模增强Higgs玻色子与新物理搜集中的喷注活动方面。
• 喷注间与喷注外区域的能量流可观测量表明，多重部分子相互作用使初始态链中的胶子辐射向更高的x移动，这是由于每条链的能量减少所致。
• 前向-后向喷注系统可探测穆勒-纳韦莱效应，并在中央喷注抑制条件下，有助于区分Higgs玻色子背景中竞争的QCD辐射机制。