[论文解读] Measurement of the primary Lund jet plane density in proton-proton collisions at $ \sqrt{ extrm{s}} $ = 13 TeV

Hayrapetyan, Aram, Aram Hayrapetyan+2375 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 85被引用 1

一句话总结

本论文利用CMS实验采集的138 fb⁻¹数据，在√s = 13 TeV的质子-质子碰撞中，对包含喷胶的喷胶平面（LJP）密度进行了高精度测量。通过应用迭代剑桥-阿亨算法对带电粒子轨迹进行喷胶分解，该研究映射了喷胶中部分子辐射的相空间，测量了平均辐射密度随ln(kT/GeV)和ln(R/∆R)的变化，并为改进事件生成器中的部分子喷发和强子化建模提供了关键数据。

ABSTRACT

A measurement is presented of the primary Lund jet plane (LJP) density in inclusive jet production in proton-proton collisions. The analysis uses 138 fb$^{-1}$ of data collected by the CMS experiment at $\sqrt{s}$ = 13 TeV. The LJP, a representation of the phase space of emissions inside jets, is constructed using iterative jet declustering. The transverse momentum $k_\mathrm{T}$ and the splitting angle $ΔR$ of an emission relative to its emitter are measured at each step of the jet declustering process. The average density of emissions as function of $\ln(k_\mathrm{T}/$GeV) and $\ln(R/ΔR)$ is measured for jets with distance parameters $R$ = 0.4 or 0.8, transverse momentum $p_\mathrm{T}$ $\gt$ 700 GeV, and rapidity $\vert y\vert$ $\lt$ 1.7. The jet substructure is measured using the charged-particle tracks of the jet. The measured distributions, unfolded to the level of stable particles, are compared with theoretical predictions from simulations and with perturbative quantum chromodynamics calculations. Due to the ability of the LJP to factorize physical effects, these measurements can be used to improve different aspects of the physics modeling in event generators.

研究动机与目标

• 测量高横向动量喷胶中的主要Lund喷胶平面（LJP）密度，以探究部分子辐射的相空间。
• 在喷胶亚结构中分离部分子喷发、强子化和底流活动的贡献。
• 为LHC物理中使用的蒙特卡罗事件生成器的调优和验证提供高精度数据。
• 检验微扰QCD预测，并改进模拟中喷胶形成的建模。
• 通过LJP形式化实现喷胶亚结构中物理效应的因子分解，以获得更好的理论控制。

提出的方法

• 分析使用了CMS实验在√s = 13 TeV下收集的138 fb⁻¹质子-质子碰撞数据。
• 喷胶通过剑桥-阿亨（CA）算法重建，参数为R = 0.4或0.8，且pT > 700 GeV，|y| < 1.7。
• 在CA聚类历史的反向过程中应用迭代喷胶分解，通过较硬和较软的子喷胶追踪每次1→2分裂。
• 在每个喷胶分解步骤中，使用∆R = √(Δy² + Δϕ²)和kT = pT,j2 × ∆R计算分裂角∆R和软子喷胶的横向动量kT。
• 通过绘制ln(kT/GeV)与ln(1/∆R)的关系构建Lund喷胶平面（LJP），由于角有序性，辐射按∆R从大到小排序。
• 分布经过展开至稳定带电强子水平，并与微扰QCD计算和蒙特卡罗模拟进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在13 TeV下，主Lund喷胶平面中喷胶的辐射密度如何随kT和∆R变化？
• RQ2 微扰QCD计算在多大程度上能描述测量的LJP密度分布？
• RQ3 当前蒙特卡罗事件生成器在多大程度上能再现LJP中的测量喷胶亚结构？
• RQ4 LJP形式化能否有效分离部分子喷发、强子化和底流活动的贡献？
• RQ5 如何利用这一高精度LJP测量改进事件生成器的调优？

主要发现

• 测量的主Lund喷胶平面密度在软和共线区域与下一阶对数（NLL）微扰QCD计算结果良好一致。
• 在小kT和大∆R区域，LJP密度在ln(kT/GeV)和ln(1/∆R)上呈现均匀分布，与QCD标度期望一致。
• 在高kT和小∆R区域观察到差异，表明当前部分子喷发模型存在局限性，需改进重求和或矩阵元匹配。
• 数据揭示了在小∆R和高kT区域辐射的明显抑制，这归因于非微扰效应，如强子化和色荷相干性。
• 测量的分布为事件生成器调优提供了强有力的约束，特别是在建模最具挑战性的高kT和小∆R区域。
• 结果表明，LJP作为可因子化的可观测量，可有效隔离并改进事件生成器中喷胶物理建模的各个组成部分。