[论文解读] Measurement of multidifferential cross sections for dijet production in proton-proton collisions at $\sqrt{s}$ = 13 TeV

CMS Collaboration, Tumasyan, Armen+2318 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

High-Energy Particle Collisions Research被引用 1

一句话总结

本论文利用36.3 fb⁻¹的CMS数据，对√s = 13 TeV质子-质子碰撞中的二胶球产生过程进行了多变量微分截面测量。采用R = 0.4和R = 0.8的反-kT喷注聚类算法，对喷注快度、不变质量及横动量进行了双变量微分（2D）和三变量微分（3D）测量，经过探测器效应的去卷积处理，并与NNLO pQCD预言进行比较，得到αS(mZ) = 0.1179 ± 0.0019。

ABSTRACT

A measurement of the dijet production cross section is reported based on proton-proton collision data collected in 2016 at $\sqrt{s}$ = 13 TeV by the CMS experiment at the CERN LHC, corresponding to an integrated luminosity of up to 36.3 fb$^{-1}$. Jets are reconstructed with the anti-$k_\mathrm{T}$ algorithm for distance parameters of $R$ = 0.4 and 0.8. Cross sections are measured double-differentially (2D) as a function of the largest absolute rapidity $\lvert y_ ext{max} vert$ of the two jets with the highest transverse momenta $p_\mathrm{T}$ and their invariant mass $m_{1,2}$, and triple-differentially (3D) as a function of the rapidity separation $y^*$, the total boost $y_\mathrm{b}$, and either $m_{1,2}$ or the average $p_\mathrm{T}$ of the two jets. The cross sections are unfolded to correct for detector effects and are compared with fixed-order calculations derived at next-to-next-to-leading order in perturbative quantum chromodynamics. The impact of the measurements on the parton distribution functions and the strong coupling constant at the mass of the Z boson is investigated, yielding a value of $\alpha_\mathrm{S}$ = 0.1179 $\pm$ 0.0019.

研究动机与目标

• 以高精度测量质子-质子碰撞中√s = 13 TeV下的双变量微分与三变量微分二胶球截面。
• 利用高多重性喷注末态探测胶子部分子分布函数与强耦合常数αS。
• 在下一阶下一阶微分（NNLO）精度下检验固定阶微分QCD预言。
• 通过引入高精度LHC数据，改进全球PDF集合与αS(mZ)的约束。
• 验证QCD预言在广阔相空间内与实验数据的一致性。

提出的方法

• 利用R = 0.4和R = 0.8的反-kT算法，从36.3 fb⁻¹的13 TeV质子-质子碰撞数据中重建喷注。
• 测量了以|y|max和m1,2为变量的双变量微分截面，以及以y∗、yb和m1,2或⟨pT⟩1,2为变量的三变量微分截面。
• 采用迭代贝叶斯方法实施去卷积技术，校正探测器分辨率与接受度效应。
• 将结果与包含完整强子矩阵元和部分子分布函数的固定阶NNLO pQCD计算进行比较。
• 通过包含新数据的全球PDF拟合，提取αS(mZ)并改进胶子与夸克PDF的约束。
• 使用HEPData发布完整表格结果，供公众访问与未来全球拟合使用。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不同动量区域中，√s = 13 TeV下的多变量微分二胶球截面与NNLO pQCD预言相比如何？
• RQ2 这些高精度测量对Z玻色子质量标度下强耦合常数αS的确定有何影响？
• RQ3 2D与3D可观测量在对部分子分布函数与喷注拓扑的敏感性上存在哪些差异？
• RQ4 这些数据在多大程度上改善了全球PDF拟合中对胶子与夸克PDF的约束？
• RQ5 在y∗与yb上的测量分布与基于部分子散射角与动量不平衡的理论预期符合程度如何？

主要发现

• 在|y|max与m1,2变量下的双变量微分截面在全相空间内与NNLO pQCD预言高度一致。
• 在y∗、yb与m1,2变量下的三变量微分截面相比2D测量，对胶子PDF与喷注拓扑表现出更强的敏感性。
• 将这些数据纳入全球PDF拟合后，得到αS(mZ) = 0.1179 ± 0.0019的精确测定值，与世界平均值一致。
• 3D测量显著改善了对部分子散射角依赖性的约束，尤其在前向与中央快度区域。
• 2D测量由于更宽的快度分箱，实现了更高的统计精度与更广的m1,2可测量范围。
• 去卷积校正显著降低了探测器效应，多数分箱的系统不确定性低于5%，验证了测量的稳健性。