[论文解读] Non-perturbative QCD Effects and the Top Mass at the Tevatron

Daniel Wicke, Peter Skands|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本文利用更新的 Pythia 6.416 模拟，研究了在 Tevatron 上顶夸克质量测量中非微扰 QCD 效应（尤其是色荷重连和本底事件建模）的影响。结果表明，非微扰效应引起的顶夸克质量重建不确定性估计小于 ±0.5 GeV，而总不确定性 ±1.0 GeV 中的大部分可归因于部分子喷注模型中的微扰效应。

ABSTRACT

The modelling of non-perturbative effects is an important part of modern collider physics simulations. In hadron collisions there is some indication that the modelling of the interactions of the beam remnants, the underlying event, may require non-trivial colour reconnection effects to be present. We recently introduced a universally applicable toy model of such reconnections, based on hadronising strings. This model, which has one free parameter, has been implemented in the Pythia event generator. We then considered several parameter sets (`tunes'), constrained by fits to Tevatron minimum-bias data, and determined the sensitivity of a simplified top mass analysis to these effects, in exclusive semi-leptonic top events at the Tevatron. A first attempt at isolating the genuine non-perturbative effects gave an estimate of order +-0.5GeV from non-perturbative uncertainties. The results presented here are an update to the original study and include recent bug fixes of Pythia that influenced the tunings investigated.

研究动机与目标

• 评估非微扰 QCD 效应（尤其是色荷重连和本底事件建模）对 Tevatron 上顶夸克质量测量的影响。
• 使用更新的 Pythia 事件生成器版本（v6.416），其中包含修正的部分子喷注算法，更新先前的研究结果。
• 量化由于非微扰建模差异而引起的顶质量测量不确定性，特别是在蒙特卡洛调优与标定的背景下。
• 将整体顶质量测量校准不确定性中非微扰效应与微扰效应的贡献分离开来。

提出的方法

• 在 Pythia 6.416 中实现了一种基于弦强子化的通用色荷重连玩具模型，采用类似退火的算法以最小化弦系统中的势能。
• 使用更新的最小作用截面数据重新调优了多个 Pythia '调优'，包括 CDF 测量的平均横动量随带电粒子多重性的依赖关系。
• 对独显半轻衰变顶夸克事例执行了简化的玩具分析，以估算不同模型配置下的重建顶夸克质量。
• 通过扫描名义顶质量从 165 到 185 GeV，生成校准曲线，并通过拟合重建质量分布以提取 175 GeV 处的偏移量。
• 使用了两种质量估计算法：一种未经校正，另一种通过喷注能量标度（JES）重新缩放，以评估系统性偏差。
• 将不同模型间校准偏移的散布分解为微扰（部分子喷注排序）和非微扰（色荷重连、本底事件）贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 非微扰 QCD 效应（尤其是色荷重连）如何影响 Tevatron 事例中重建的顶夸克质量？
• RQ2 部分子喷注排序差异（虚拟质量 vs. pT 有序）在顶质量校准不确定性中占多大程度？
• RQ3 包含 pT 有序喷注中错误修复的更新版 Pythia 6.416 调优如何影响调优结果与最终的质量校准？
• RQ4 总顶质量不确定性中有多少比例可归因于非微扰效应而非微扰效应？
• RQ5 顶质量测量对本底事件和束流残留物建模的变动有多敏感？

主要发现

• 由于非微扰模型差异引起的顶质量测量总校准不确定性，对于 JES 标度质量估计算法约为 ±1.0 GeV。
• 非微扰效应对顶质量不确定性的贡献小于 ±0.5 GeV，表明在当前精度水平下虽小但不可忽略。
• 不确定性中最大的部分（约 ±0.7 GeV）源于部分子喷注模型中的微扰差异，特别是虚拟质量有序与 pT 有序喷注选择之间的差异。
• 使用修正了 pT 有序喷注的更新版 Pythia 6.416 生成器导致模型散布略有减小，但原始研究的定性结论保持不变。
• 两种质量估计算法的校准曲线均表现出极好的线性，JES 重新缩放显著减小了重建质量与名义顶质量之间的偏移。
• 校准偏移的散布主要由部分子喷注模型的差异驱动，而非微扰效应（色荷重连、本底事件）对总不确定性的贡献虽较小，但仍可测量。