[论文解读] Powheg-Pythia matching scheme effects in NLO simulation of dijet events

A. G. Buckley, Debottam Bakshi Gupta|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 40被引用 7

一句话总结

本文研究了在双胶子喷胶事件模拟中，Powheg-Box NLO矩阵元与Pythia 8部分子喷射器之间可配置匹配方案的影响。结果表明，辐射截断尺度和强耦合常数的选择显著影响可观测量，尤其是末态喷射效应，本文提出将这些变化作为估计系统性不确定性的工具，超越固定阶次尺度变化。

ABSTRACT

One of the most important developments in Monte Carlo simulation of collider events for the LHC has been the arrival of schemes and codes for matching of parton showers to matrix elements calculated at next-to-leading order in the QCD coupling. The POWHEG scheme, and particularly its implementation in the POWHEG-BOX code, has attracted most attention due to ease of use and effective portability between parton shower algorithms. But formal accuracy to NLO does not guarantee predictivity, and the beyond-fixed-order corrections associated with the shower may be large. Further, there are open questions over which is the "best" variant of the POWHEG matching procedure to use, and how to evaluate systematic uncertainties due to the degrees of freedom in the scheme. In this paper we empirically explore the scheme variations allowed in Pythia8 matching to POWHEG-BOX dijet events, demonstrating the effects of both discrete and continuous freedoms in emission vetoing details for both tuning to data and for estimation of systematic uncertainties from the matching and parton shower aspects of the POWHEG-BOX+Pythia8 generator combination.

研究动机与目标

• 评估Powheg-Box与Pythia 8之间可配置匹配参数对NLO双胶子喷胶事件模拟的影响。
• 评估匹配方案中的离散与连续自由度是否可用于估计系统性不确定性。
• 确定默认的Pythia 8 'main31'配置是否最优，或是否存在其他设置能更准确描述实验数据。
• 在Powheg匹配下，研究初始态与末态喷射对喷胶可观测量的相对影响。

提出的方法

• 通过Pythia 8部分子喷射器中可配置的辐射截断尺度，实证探索Powheg–Pythia 8匹配方案的多种配置。
• 测试三种用于定义‘硬度’尺度的离散选项（pTdef、pTemt、pThard），重点聚焦于pTemt，因其对可观测量影响显著。
• 独立地改变Pythia 8中初始态与末态喷射的强耦合常数αS(MZ)，以评估可观测量对它的敏感性。
• 通过Rivet分析框架将模拟结果与ATLAS和CMS在7 TeV下的双胶子喷胶数据进行对比，以评估数据描述能力与不确定性覆盖范围。
• 采用分解策略，隔离单个匹配参数的影响，以厘清其各自贡献。
• 分析动量可观测量（如喷胶pT、质量）和强胶胶动力学效应（如横向能量流），以评估在不同物理区域中的敏感性。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪种Powheg–Pythia 8匹配方案配置能最好地描述多样可观测量下的双胶子喷胶数据？
• RQ2 辐射截断尺度定义（如pTemt）的变化在多大程度上影响喷胶动量与多重性的模拟？
• RQ3 能否通过在初始态与末态喷射中改变使用的强耦合常数αS(MZ)来估计NLO匹配模拟中的系统性不确定性？
• RQ4 为何在Powheg匹配下，尽管初始态喷射负责ISR，但末态喷射却主导可观测量的影响？
• RQ5 默认的Pythia 8 'main31'匹配配置是否唯一最优，还是存在其他可行配置可用于不确定性估计？

主要发现

• 默认的Pythia 8 'main31'匹配配置可行但并非唯一最优；其他配置在某些可观测量上能更准确描述数据。
• pTemt尺度定义的变化显著影响喷胶多重性与动量可观测量，表明其是系统性不确定性估计的有力工具。
• 由于Powheg截断对ISR辐射施加了严格的相空间抑制，末态喷射而非初始态喷射主导了对喷胶pT与多喷胶质量的影响。
• 将末态喷射中的αS(MZ)从0.13调整至0.14，可改善对3/2喷胶比值与多喷胶质量谱的数据符合度；而较低值（0.13）更适用于描述喷胶内可观测量。
• 初始态喷射对喷胶pT与质量可观测量影响可忽略，但会影响以软-QCD为主导的可观测量（如横向能量流），这些可观测量对ISR与FSR均敏感。
• 来自匹配方案本身的系统性不确定性——尤其是尺度定义与αS值——可能与固定阶次尺度不确定性相当甚至更大，应纳入理论误差估计中。