[论文解读] Measurement of the Underlying Event at Tevatron

D. Kar|arXiv (Cornell University)|May 14, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

本文利用CDF Run II数据，对质子-反质子对撞机上Drell-Yan轻子对产生过程中的本征事件进行了测量，分析了相对于轻子对的朝向、背向和横向区域内的带电粒子活动。结果表明，Pythia调优AW与数据高度一致，尤其在描述多重数和横向动量相关性方面表现优异，凸显了多部分子相互作用（MPI）在塑造本征事件结构中的关键作用，并验证了其在LHC应用中的模型可靠性。

ABSTRACT

CDF Run II data for the underlying event associated with Drell-Yan lepton pair production are examined as a function of the lepton-pair transverse momentum. The data are compared with a previous analysis on the behavior of the underlying event in high transverse momentum jet production and also with several other QCD Monte-Carlo models. The goal is to provide data that can be used to tune and improve the QCD Monte-Carlo models of the underlying event, which is especially important now in view of the LHC startup.

研究动机与目标

• 利用CDF Run II数据，测量在质子-反质子对撞机上Drell-Yan轻子对产生过程中的本征事件结构。
• 将数据与QCD蒙特卡洛模型进行比较，特别是Pythia调优A和AW、Herwig（无MPI）以及先前CDF主导喷注本征事件分析结果。
• 通过研究带电粒子多重数与平均横向动量之间的相关性，评估多部分子相互作用（MPI）在塑造本征事件活动中的作用。
• 提供数据以用于校准和改进QCD蒙特卡洛模型，尤其为LHC实验做准备。
• 通过比较Drell-Yan与主导喷注结果，探究本征事件建模的普适性。

提出的方法

• 分析了相对于Drell-Yan轻子对，在朝向、背向和横向区域中，$p_T > 0.5~\text{GeV}/c$ 且 $|\eta| < 1$ 的带电粒子。
• 将本征事件可观测量定义为横向区域内的带电粒子多重数密度和带电横向动量和密度。
• 使用 $70~\text{GeV}/c^2 < M_{ll} < 110~\text{GeV}/c^2$ 的Z玻色子事件，以将本征事件与硬散射贡献分离。
• 将数据与Pythia调优A和AW、Herwig（无MPI）以及先前CDF主导喷注本征事件结果进行比较。
• 研究了平均带电粒子 $p_T$ 与多重数之间的相关性，以探究软束流-束流残留物与硬过程及MPI的贡献。
• 对数据应用粒子层级修正，以减少探测器效应并改善与模型的比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 Drell-Yan轻子对的横向动量如何影响本征事件活动？
• RQ2 Pythia调优AW及其他蒙特卡洛模型在多大程度上能够再现本征事件中带电粒子多重数和横向动量密度的测量结果？
• RQ3 带电粒子多重数与平均横向动量之间的相关性如何揭示多部分子相互作用（MPI）在最小截面和本征事件过程中的作用？
• RQ4 Drell-Yan事件中的本征事件结构是否与主导喷注事件中观察到的结果一致，表明建模具有普适性？
• RQ5 为何Herwig（无MPI）模型无法再现 $\langle p_T \rangle$ 与多重数之间的趋势？引入MPI后如何提升与数据的一致性？

主要发现

• 本征事件可观测量——带电粒子多重数和横向动量和密度——在朝向和横向区域中随轻子对 $p_T$ 增加而保持相对平坦，但在背向区域中增加，以平衡动量。
• Pythia调优AW在所有可观测量中均与数据高度一致，尤其在描述 $\langle p_T \rangle$ 与多重数之间的相关性方面表现优异。
• Herwig（无MPI）预测 $\langle p_T \rangle$ 随多重数迅速上升，与数据不一致，表明MPI在再现观测行为中至关重要。
• 当 $p_T(Z) < 10~\text{GeV}/c$ 时，Pythia调优AW仍能良好描述 $\langle p_T \rangle$ 与多重数之间的趋势，即使初态辐射贡献占主导，表明MPI在生成高多重数、低-$p_T$ 事件中起关键作用。
• Drell-Yan与主导喷注本征事件结果之间的一致性表明，不同硬散射过程中的本征事件建模具有一定程度的普适性。
• 尽管多数可观测量中模型与数据一致，但无一模型能完美再现数据的所有特征，特别是事件活动的能量依赖性，表明仍需进一步校准，并改进MPI与束流-束流残留物的建模。